六自由度并联船舶运动模拟器的设计及其控制系统设计

发布时间：2017-05-12 07:08

  本文关键词：六自由度并联船舶运动模拟器的设计及其控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：并联船舶运动模拟器是一种发展迅速、应用广泛的典型运动模拟器，具有节能性、经济性、安全性、可控性等特点。并联船舶运动模拟器能够在实验室中将船舶在海洋中摇摆的姿态模拟出来，可以将舰载武器和设备仪器放在船舶运动模拟器上进行陆地实验，，减少海上实验次数，从而降低实验成本和研究周期。因此对并联船舶运动模拟器关键技术进行研究具有重要意义。 针对并联船舶运动模拟器结构和控制系统的多样化而带来的设计复杂性问题，本文采用模块化设计的Stewart结构与基于EMC2控制器的开放式控制系统相结合的方案，并根据并联船舶运动模拟器的设计指标，对其进行了机械结构和控制系统的具体设计。本文的研究内容主要包括以下几个方面： 第一，对并联船舶运动模拟器进行运动学分析，运用欧拉角坐标变换法建立了并联机构的逆解数学模型，描述了并联船舶运动模拟器的动平台、伸缩杆、定平台之间的空间位置关系；采用数值分析法和Matlab仿真软件，求解出并联船舶运动模拟器的工作空间。 第二，利用模块化设计的思想和对并联机构的运动分析结果分别设计动平台模块、固定平台模块和伸缩杆模块，根据并联船舶运动模拟器的设计指标和实际情况设计出了符合本方案的球铰链、万向铰链以及具有模块化特色的电动伺服缸，并利用UG三维软件建立了并联船舶运动模拟器的三维模型。 第三，运用频域分析法和时域分析法得到海浪运动与船舶运动的响应函数以及船舶在不规则波中的摇荡运动方程，并通过实例计算得到100t以下的船舶在我国沿海地区6级海况航行时t=0~180s内横摇、纵摇以及垂荡的运动样本。 第四，六自由度并联船舶运动模拟器的控制系统设计，根据所求得的逆解数学模型，利用C语言编写EMC2控制器的运动学模块；针对并联船舶运动模拟器的具体结构对EMC2控制器的INI、HAL等相关文件进行配置；利用G代码编写船舶在海浪里的运动样本的程序，并在设计好的EMC2控制系统里进行了运动控制仿真；最后利用EMC2控制器成功地控制了三自由度并联机构模型的动平台的运动。
【关键词】：并联机构 船舶运动模拟器 模块化设计 船舶运动规律 EMC2控制器
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U666.158
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究背景和现实意义13-14
• 1.2 并联船舶运动模拟器的研究状况14-18
• 1.2.1 并联船舶运动模拟器国内外的研究现状14-16
• 1.2.2 并联船舶运动模拟器的理论研究状况16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 六自由度并联船舶运动模拟器的运动学分析19-31
• 2.1 六自由度并联船舶运动模拟器的机构自由度计算19-20
• 2.2 六自由度并联船舶运动模拟器的位置分析20-25
• 2.2.1 六自由度并联船舶运动模拟器的坐标系建立20-23
• 2.2.2 六自由度并联船舶运动模拟器的位姿描述23
• 2.2.3 六自由度并联船舶运动模拟器的位置反解23-25
• 2.3 六自由度并联船舶运动模拟器的雅克比矩阵分析25-26
• 2.4 六自由度并联船舶运动模拟器的工作空间分析26-30
• 2.4.1 工作空间的影响因素26-28
• 2.4.2 工作空间的求解28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 六自由度并联船舶运动模拟器的结构设计31-42
• 3.1 六自由度并联船舶运动模拟器的总体方案设计31-32
• 3.2 铰链结构设计32-34
• 3.2.1 球铰链结构设计32-33
• 3.2.2 万向铰链结构设计33-34
• 3.3 伸缩杆模块的设计34-40
• 3.3.1 伸缩杆模块的结构设计34-35
• 3.3.2 伸缩杆模块的标准件的计算和选型35-40
• 3.4 六自由度并联船舶运动模拟器的三维模型40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 船舶在海浪中的运动规律研究42-55
• 4.1 海浪运动描述42-44
• 4.2 船舶在海浪中的摇荡运动方程的建立44-49
• 4.2.1 船舶在海浪中的运动描述44-45
• 4.2.2 船舶在海浪中的频率响应函数求解45-47
• 4.2.3 船舶在不规则波浪中的摇荡运动分析47-49
• 4.3 船舶摇荡运动计算49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 六自由度并联船舶运动模拟器的控制系统设计55-75
• 5.1 并联船舶运动模拟器的控制方案55-57
• 5.2 基于 EMC2 的控制系统57-59
• 5.2.1 EMC2 控制器的特点57
• 5.2.2 EMC2 控制软件架构57-59
• 5.3 EMC2 控制系统的设计59-68
• 5.3.1 并联船舶运动模拟器的运动控制器设计59-61
• 5.3.2 EMC2 控制软件的配置文件61-64
• 5.3.3 EMC2 控制器的运动学模块设计64-68
• 5.4 并联船舶运动模拟器的运动仿真验证68-74
• 5.4.1 并联船舶运动模拟器在 EMC2 控制软件里的运动仿真68-71
• 5.4.2 EMC2 控制软件的仿真验证71-72
• 5.4.3 EMC2 控制器的实验验证72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 结论与展望75-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-81
• 致谢81-82
• 详细摘要82-86

【参考文献】

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本文编号：359107