并联折叠式舰载稳定平台机构分析与控制理论研究

发布时间：2017-10-28 21:01

  本文关键词：并联折叠式舰载稳定平台机构分析与控制理论研究

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【摘要】：受海洋环境影响,舰船在海上会产生多个自由度的周期运动。这些非期望运动严重影响船员的工作生活、设备的安全工作、武器发送精度、舰载机起降等。舰载稳定平台作为舰船的局部减摇装置,可以隔离舰船运动,为人员、设备提供一个相对稳定的环境,被广泛应用于舰载装备中,对促进经济发展和维护国家安全都有重要意义。为克服目前串联转台难以实现多维稳定、承受重载的制约,本文开展并联式舰载稳定平台机构分析与控制理论研究,主要内容如下:(1)采用朗盖脱-赫金斯模型分析海浪特性,仿真海浪运动规律。应用牛顿-欧拉法分析舰船受力,运用Conolly理论分析舰船的横摇运动。基于AR(n)自回归模型建立舰船运动预测模型,并对该预测模型进行仿真分析;在以上分析的基础上,考虑实际应用需求,选用并联6-RUS折叠式机构为舰载稳定平台机构构型。(2)运用旋量描述刚体的六维运动,结合加速度旋量的伴随变换,给出6-RUS舰载稳定平台惯性系与非惯性系运动旋量的变换关系;建立并联6-RUS舰载稳定平台的运动学模型,包括位置反解、位置正解、速度分析、加速度分析。(3)应用牛顿-欧拉线性-双线性公式的坐标不变性;在非惯性系下建立并联6-RUS舰载稳定平台的动力学模型;并分析模型中各项的物理意义。(4)在稳定平台工作空间内设计具有牵连惯性力和科氏惯性力前馈补偿的计算力矩控制器;应用自抗扰扩张状态观测器ESO估计系统的总不确定性并实时补偿系统的扰动力矩,设计自抗扰计算力矩控制器。通过Adams和Matlab联合仿真对比分析应用这两种控制策略时系统的动态性能。(5)在稳定平台工作空间内设计具有牵连惯性力和科氏惯性力前馈补偿的线性滑模控制器;应用自抗扰扩张状态观测器ESO估计系统的总不确定性并实时补偿系统的扰动力矩,设计自抗扰滑模控制器。通过Adams和Matlab联合仿真对比分析应用这两种控制策略时系统的动态性能。
【关键词】：舰载稳定平台 非惯性系动力学 并联机构 自抗扰控制 滑模控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.703
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 舰载稳定平台国内外研究现状12-18
• 1.2.1 国外研究现状12-15
• 1.2.2 国内研究现状15-18
• 1.3 并联机构研究与应用现状18-24
• 1.3.1 并联机构动力学研究现状19
• 1.3.2 并联机构应用现状19-22
• 1.3.3 并联机构控制策略研究现状22-24
• 1.4 本文研究的主要内容24-27
• 第2章 舰船运动分析预测与机构构型设计27-45
• 2.1 引言27
• 2.2 海浪运动规律研究27-33
• 2.2.1 随机海浪的数学模型27-31
• 2.2.2 海浪运动规律分析31-33
• 2.3 舰船运动规律分析33-38
• 2.3.1 舰船遭遇波倾角分析33-35
• 2.3.2 舰船运动分析35-38
• 2.4 舰船运动预测建模38-42
• 2.4.1 基于AR(n)自回归模型的舰船运动预测模型38-40
• 2.4.2 AR(n)预测模型分析40-42
• 2.5 舰载稳定平台机构构型42-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第3章 6-RUS舰载稳定平台运动学建模45-67
• 3.1 引言45
• 3.2 旋量加速度理论基础45-48
• 3.2.1 刚体加速度的旋量描述45-47
• 3.2.2 多刚体系统旋量加速度的伴随变换47-48
• 3.3 舰载稳定平台运动学分析48-66
• 3.3.1 位置反解50-52
• 3.3.2 位置正解52-59
• 3.3.3 速度分析59-62
• 3.3.4 加速度分析62-66
• 3.4 本章小结66-67
• 第4章 6-RUS舰载稳定平台动力学建模67-76
• 4.1 引言67
• 4.2 基于旋量加速度的牛顿-欧拉方程67-68
• 4.3 舰载稳定平台动力学模型68-75
• 4.3.1 稳定平台动力学建模68-71
• 4.3.2 主动惯性力71
• 4.3.3 牵连惯性力71-72
• 4.3.4 科氏惯性力72
• 4.3.5 重力分析72-73
• 4.3.6 稳定平台动力学方程73-74
• 4.3.7 模型仿真74-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第5章 稳定平台自抗扰计算力矩控制76-87
• 5.1 引言76
• 5.2 工作空间计算力矩控制76-80
• 5.2.1 具有前馈补偿的计算力矩控制器设计76-78
• 5.2.2 联合仿真分析78-80
• 5.3 自抗扰计算力矩控制80-86
• 5.3.1 ESO基本原理81-82
• 5.3.2 基于ESO的计算力矩控制器设计82-83
• 5.3.3 联合仿真分析83-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第6章 稳定平台自抗扰滑模变结构控制87-98
• 6.1 引言87
• 6.2 线性滑模控制87-92
• 6.2.1 滑模控制概述87-88
• 6.2.2 具有前馈补偿的滑模控制器设计88-90
• 6.2.3 联合仿真分析90-92
• 6.3 自抗扰滑模控制92-97
• 6.3.1 自抗扰滑模控制器设计92-93
• 6.3.2 联合仿真分析93-97
• 6.4 本章小结97-98
• 结论98-99
• 参考文献99-106
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果106-107
• 致谢107-108
• 作者简介108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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2 张秀峰,孙立宁;精密并联机器人控制算法及控制系统研究[J];机械工程学报;2004年04期

3 焦晓红,耿秋实,方一鸣,李运锋;液压伺服并联机器人的自适应鲁棒跟踪控制[J];系统仿真学报;2003年03期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

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本文编号：1109900