船舶模拟器六自由度平台建模及控制算法研究

发布时间：2017-03-30 12:21

  本文关键词：船舶模拟器六自由度平台建模及控制算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：船舶操纵模拟器通过模拟船舶在不同海况下的运动状态实现对驾驶员的培训。传统的模拟器通过视景系统为人营造船舶在海面航行的运动感,而近年研发的船舶运动模拟器则为传统的模拟器增加了运动平台,通过平台来模拟船舶在海面的运动,可用于对晕船病的研究和恶劣海况下的救助训练等。本课题是基于船舶运动模拟器的液压六自由度运动平台展开的研究。本文在对船舶模拟器的发展,六自由度运动平台的特点、建模方法及控制算法的研究基础上,对六自由度运动平台的运动学进行仔细的分析,推导了平台运动学反解公式。针对平台系统采用的非对称阀控制非对称缸的液压伺服系统进行数学建模,得到了液压动力机构的方框图,并通过仿真和试验对理论模型进行了验证。本文采用联合仿真的方法对六自由度运动平台进行建模仿真。采用AMESim对液压系统仿真建模,在液压系统建模中参考伺服阀样本曲线对所建模型参数进行修正。采用Virtual. Lab Motion对平台机构动力学部分建模,建模过程中考虑各部件的惯性对系统的影响,与传统的动力学数学建模方式相比该方案准确且简单。采用Matlab/Simulink对运动学反解和液压控制系统建模。然后通过软件之间的接口将机械、液压和控制系统三部分模型联合,建立液压并联机构的通用仿真模型。最后,通过仿真模型与试验结果的对比验证了所建液压六自由度平台模型的正确性。在此基础上,对比传统PIID控制和动压反馈算法,通过平台的机电液一体化模型和试验对控制策略进行比较,证明采用动压反馈算法会较好的提高平台的稳定性与快速性。
【关键词】：液压六自由度平台 联合仿真 动压反馈 船舶模拟器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U676.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 船舶操纵运动模拟器概述11-13
• 1.3 六自由度运动系统概述13-19
• 1.3.1 液压六自由度运动系统的结构特点与分类13-16
• 1.3.2 六自由度运动系统的发展与应用16-17
• 1.3.3 液压六自由度运动系统研究现状分析17-19
• 1.4 本论文的主要研究内容19-21
• 第2章 运动学分析21-29
• 2.1 坐标系及变换矩阵21-23
• 2.1.1 运动坐标系建立21-22
• 2.1.2 广义坐标及变换矩阵22-23
• 2.2 平台结构参数及铰支点坐标的确定23-26
• 2.3 控制点的运动规律26-27
• 2.4 六自由度平台位置反解27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 非对称阀控液压伺服系统建模及仿真29-40
• 3.1 单缸液压伺服系统概述29-30
• 3.2 动力机构基本方程30-35
• 3.2.1 非对称滑阀流量方程32-33
• 3.2.2 液压缸连续性方程33-35
• 3.2.3 液压缸和负载的力平衡方程35
• 3.3 动力机构方框图及传递函数35-36
• 3.4 单缸建模仿真与试验验证36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 六自由度运动平台机电液联合仿真40-59
• 4.1 机电液一体化联合仿真概述40-44
• 4.2 液压系统建模44-49
• 4.2.1 伺服阀建模45-48
• 4.2.2 单缸液压系统模型48-49
• 4.3 机构动力学模型49-51
• 4.3.1 模型的建立50
• 4.3.2 约束的添加50-51
• 4.4 运动学反解模块控制模型51-54
• 4.5 一体化仿真模型及接口设置54-57
• 4.5.1 系统液压模型及接口54-55
• 4.5.2 动力学模型及接口55-56
• 4.5.3 控制系统及接口56-57
• 4.6 仿真结果分析57-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第5章 平台仿真与试验分析59-67
• 5.1 船舶模拟器液压六自由度运动系统简介59-61
• 5.2 联合仿真与实际平台运动学试验验证61-63
• 5.2.1 单液压缸动态响应结果分析61
• 5.2.2 平台动态响应结果分析61-63
• 5.3 PID控制算法与动压反馈算法的对比63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间公开发表论文72-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：277118