飞行模拟器Stewart平台的设计及运动控制策略的研究

发布时间：2020-05-18 21:14

【摘要】：飞行模拟器是一种培养飞行员的机电设备,能够最大程度地再现飞机在实际环境中的飞行状态。由于其成本低、安全可靠、使用灵活等优点,所以被世界各国广泛应用于培训飞行员以及研究飞机。飞行模拟器通常采用精度高、刚度好、承载能力大的六自由度Stewart平台,但其运动空间相对较小,因此需要利用洗出算法将飞机实际运动信号转化为六自由度Stewart平台能够实现的信号。本文研究内容主要包括平台的设计及其控制策略的研究:首先,根据六自由度Stewart平台结构特点,定义结构参数,建立合适的坐标系,推导支腿位置、速度的反解方程,建立整体的动力学方程,并分析平台在运动过程中容易出现故障的特殊位置。其次,根据六自由度Stewart平台模型的外观、尺寸、精度、整体的受力状态等情况建立上运动平台、六个上铰链、六个电动缸支腿、六个下铰链及下固定平台的三维模型,并完成平台的整体装配任务。三维几何模型建立完成后导入Adams中进行了参数的设定及模型的验证,对平台进行初步的优化,并分析平台平移及旋转的空间运动状态。再次,按照六自由度Stewart平台技术参数要求对三维模型多次优化并选择最佳的设计方案。根据六自由度Stewart平台Adams仿真结果,初步设计平台的整体结构,主要包括上运动平台、六个上铰链、六个电动缸支腿、六个下铰链及下固定平台。根据六自由度Stewart平台设计的一般原则确定机械系统设计安全性、驱动系统安全性、控制系统硬件安全性、控制系统软件安全性等几个方面的故障处理与保护措施。最后,在经典洗出算法的基础上,利用MATLAB/Simulink模块建立一种改进的洗出算法的模型,提高平台的安全性,保证平台模拟时不超过其有限的运动空间。根据输入的飞机运动模拟信号,分析经过洗出算法后平台姿态、位置的变化情况,验证改进后的洗出算法的合理性。
【图文】：

图 1-1 球面机构 图 1-2 喷涂作业机器人Fig.1-1 Spherical mechanism Fig.1-2 Spray painting machine1947 年，英国邓禄普橡胶公司的 Gough 博士提出一种能够进行定位的并联机构[7]，并将其用于轮胎磨损和裂纹检测。八年后，他建造了 Gough-Stewart原型样机，该装置运行了长达 45 年的时间。澳大利亚著名机构学教授 Hunt 提出将 Stewart 并联机构应用到工业机器人[8]，并分析了机构的奇异特性。20 世纪 80 年代，国外越来越多的学者开始研究并联机器人，并相继出现了 Angeles、Fenton、Gosselin、Kumar、Lee、Merlet、Warldron 等代表性人物，也使得并联机器人的研究取得了巨大进步，并开始逐渐应用于运动模拟器、并联机床、微动机构等多个领域。美国 Ingersoll 公司采用标准 Stewart 平台结构生产了 VOH-1000 五轴成型中心(图 1-3)，其最大速度 0.5m/s，精度能够达到 20um。法国 INRIA 公司采用

图 1-1 球面机构 图 1-2 喷涂作业机器人Fig.1-1 Spherical mechanism Fig.1-2 Spray painting machine1947 年，英国邓禄普橡胶公司的 Gough 博士提出一种能够进行定位的并联机构[7]，并将其用于轮胎磨损和裂纹检测。八年后，他建造了 Gough-Stewart原型样机，该装置运行了长达 45 年的时间。澳大利亚著名机构学教授 Hunt 提出将 Stewart 并联机构应用到工业机器人[8]，并分析了机构的奇异特性。20 世纪 80 年代，国外越来越多的学者开始研究并联机器人，并相继出现了 Angeles、Fenton、Gosselin、Kumar、Lee、Merlet、Warldron 等代表性人物，也使得并联机器人的研究取得了巨大进步，并开始逐渐应用于运动模拟器、并联机床、微动机构等多个领域。美国 Ingersoll 公司采用标准 Stewart 平台结构生产了 VOH-1000 五轴成型中心(图 1-3)，其最大速度 0.5m/s，精度能够达到 20um。法国 INRIA 公司采用
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V216.8

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本文编号：2670317