并联式复合驱动舰载稳定平台理论与实验研究

发布时间：2020-04-12 06:02

【摘要】：随着海洋作业技术的日新月异,一些精密舰船设备对其工作环境有着更为严苛的需求。这就需要一种稳定设备来隔离舰船及外界环境风、浪、流等所带来的扰动,以保证精密舰载设备稳定的工作环境。相比于串联式稳定机构,并联式稳定机构具有承载力强、刚度好等优点。而相较于一般并联式稳定机构,具有复合驱动单元的并联式稳定机构可对高频扰动和低频扰动进行分离控制,其可有效提升稳定控制精度。本文基于舰船运动特性构型综合出一种并联式复合驱动平台,针对该机构在非惯性系条件下,进行其机构学基础理论分析与相关实验研究,具体研究内容如下所示:舰船的运动特性以及预测算法分析。通过海浪运动的数学模型,对海浪运动规律进行分析;基于海浪的运动规律对舰船的运动形式进行分析;设计一种经验模式分解法(EMD)和支持向量回归法(SVR)相混合的方法,对舰船运动规律进行预测分析。并联式复合驱动平台的构型综合。基于应用需求,构型综合出一系列高低频复合驱动单元,并分别得出其位移子群形式以及等效运动副;基于位移流形理论,构型综合出一系列对应舰船主要运动形式的并联式复合驱动平台,并从中遴选出具有唯一的等效运动形式的3-(RRPRP)RS机构构型;基于旋量理论,对所选复合驱动单元的等效形式及并联式复合驱动机构的自由度性质进行分析验证。3-(RRPRP)RS型并联式复合驱动平台在非惯性系下的运动学和动力学分析。以旋量代数作为数学工具,在非惯性系条件下,分别分析该机构在直线驱动下和转动驱动下的上平台和各杆件的位置解、速度解和加速度解,并给定机构的驱动方式,其中,提出一种逐步迭代法来解决机构的位置解难题;分别对该机构的直线驱动和转动驱动的驱动力(力矩)进行分析;给定数值算例,应用Adams的建模仿真对非惯性系下的运动学和动力学理论分析结果进行验证。3-(RRPRP)RS型并联式复合驱动平台的多目标尺寸优化。给定该机构在满足工作要求条件下的结构尺寸的优化范围;分别给出该并联式复合驱动平台的速度传递性能指标、力传递性能指标以及刚度性能指标;基于加权求和法,得出一种归一加权求和法,同时结合遗传算法,从而实现该机构的多目标尺寸优化。3-(RRPRP)RS型并联式复合驱动平台的稳定控制策略研究。通过SimMechanics Link插件将平台结构导入Simulink中,以便进行控制算法研究;分别建立基于模糊RBF神经网络整定参数的PID控制器(RBF-FNN-PID控制器)、滑模变结构控制器和基于扩张状态观测器(ESO)的滑模控制器;基于所建立的控制器,在Simulink环境下,给定仿真参数,分别建立基于各控制器的稳定控制的仿真模型,将各控制策略的仿真结果进行对比,从而选择出最适合的稳定控制策略。3-(RRPRP)RS型并联式复合驱动平台的控制实验研究。基于多目标性能优化后所得的结构参数,研制3-(RRPRP)RS型并联式复合驱动平台样机。搭建综合控制柜,设计人机交互式复合驱动控制界面,结合现有六自由度运动模拟器,从而组成并联式复合驱动稳定系统。分别进行运动模拟实验和稳定控制实验研究,从而为舰载设备的稳定提供技术支撑。本文将开展非惯性系下并联式复合驱动平台机构学基础理论分析与实验研究,所研究理论内容是基于传统并联机构学理论的扩展分析,具有一定的理论意义;所进行的实验研究包括并联式复合驱动平台的稳定控制,从而为实际舰载设备的稳定提供技术支撑,具有一定的实际意义。
【图文】：

以实现姿态的快速跟踪及补偿调整[11,12]。美国 BEI 公司针对星天线的稳定，研制了 WSC-6 型串联式稳定设备，如图 1-1 所示。此外，国外对红外搜索跟踪系统(IRST)有了一定的研究成果。美国霍尼韦尔 IRST 的实时检测，研制了一套串联式姿态实时稳定设备，可为舰载武器设应用提供稳定的工作环境，如图 1-2 所示。

以实现姿态的快速跟踪及补偿调整[11,12]。美国 BEI 公司针对星天线的稳定，，研制了 WSC-6 型串联式稳定设备，如图 1-1 所示。此外，国外对红外搜索跟踪系统(IRST)有了一定的研究成果。美国霍尼韦尔 IRST 的实时检测，研制了一套串联式姿态实时稳定设备，可为舰载武器设应用提供稳定的工作环境，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.7

【参考文献】

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本文编号：2624369