低重力模拟试验平台索并联驱动系统张力优化策略
发布时间：2021-02-18 04:34
冗余索并联系统动力学方程的张力解不唯一,为保证随动平台在工作空间内姿态可控及索张力连续平稳,并且满足张力在最大最小限制范围,需要对其索张力优化策略进行研究。通过建立索并联驱动系统的动力学模型,分别运用封闭（Closed-Form,CF）优化法、常规最小方差优化法及将张力分为上、中、下斜拉的分类最小方差优化法对系统力控工作空间（Force Controllable Workspace,FCWS）以及典型工况的运动轨迹张力进行优化计算,结果表明:在相同张力限制条件下,采用CF优化法计算的FCWS范围最小,常规最小方差优化法次之,分类最小方差优化法计算的FCWS最大并满足系统要求;在相同运动轨迹条件下,采用CF优化法计算的张力上限最大,常规最小方差优化法次之,分类最小方差优化法的张力上限最小并满足系统要求;将分类最小方差优化法在索并联驱动系统进行张力试验,结果表明系统张力变化规律符合该优化算法的理论值,证明了该优化法的正确性。综上所述,将分类最小方差优化法确定为系统的张力优化策略。
【文章来源】：航天返回与遥感. 2020,41(06)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
系统坐标系Fig.2Coordinationsystem
第6期陈强等:低重力模拟试验平台索并联驱动系统张力优化策略73图7CF优化法索张力曲线图8常规最小方差优化法索张力曲线Fig.7CFoptimizationtensioncurvesFig.8Generalminimumvarianceoptimizationtensioncurves图9分类最小方差优化法索张力曲线Fig.9Classifiedminimumvarianceoptimizationtensioncurves4分类最小方差优化法试验及结果分析通过以上分析比较，分类最小方差优化法计算的FCWS最大，典型轨迹曲线张力上限最小，满足系统要求，下面用该方法对低重力模拟试验平台索并联驱动系统进行张力优化试验，以验证其正确性。低重力模拟试验平台的索并联驱动系统采用伺服电机进行驱动，驱动控制器能够实时检测输出力矩，间接测量绳索的张力。控制系统采用力/位混合控制模式，首先根据典型轨迹用分类最小方差优化法事先计算好18根钢索的张力以及位置的变化曲线；在运动过程中，通过对上、中斜拉索长度按照位置变化曲线进行位置控制，使随动平台按轨迹运行；同时根据张力曲线控制下斜拉6根钢索张力大小，当张力比理论张力大时，加速释放钢索，当张力比理论张力小时，减速释放钢索。如果在运行过程中，上、中斜拉12根钢索张力变化与其理论张力曲线相符，则说明该优化算法的正确性。图10为用分类最小方差优化法对（–10,–10,10）m到（10,10,80）m直线轨迹进行张力试验结果。由结果可以看出，下斜拉索r13~r18张力按照理论曲线变化，上、中斜拉索r1~r12张力比理论值大300~800N左右，考虑传动系统的惯性力及摩擦阻力等因素，其变化趋势与理论曲线相同，说明分类最小方差优化法的正确性。
第6期陈强等:低重力模拟试验平台索并联驱动系统张力优化策略73图7CF优化法索张力曲线图8常规最小方差优化法索张力曲线Fig.7CFoptimizationtensioncurvesFig.8Generalminimumvarianceoptimizationtensioncurves图9分类最小方差优化法索张力曲线Fig.9Classifiedminimumvarianceoptimizationtensioncurves4分类最小方差优化法试验及结果分析通过以上分析比较，分类最小方差优化法计算的FCWS最大，典型轨迹曲线张力上限最小，满足系统要求，下面用该方法对低重力模拟试验平台索并联驱动系统进行张力优化试验，以验证其正确性。低重力模拟试验平台的索并联驱动系统采用伺服电机进行驱动，驱动控制器能够实时检测输出力矩，间接测量绳索的张力。控制系统采用力/位混合控制模式，首先根据典型轨迹用分类最小方差优化法事先计算好18根钢索的张力以及位置的变化曲线；在运动过程中，通过对上、中斜拉索长度按照位置变化曲线进行位置控制，使随动平台按轨迹运行；同时根据张力曲线控制下斜拉6根钢索张力大小，当张力比理论张力大时，加速释放钢索，当张力比理论张力小时，减速释放钢索。如果在运行过程中，上、中斜拉12根钢索张力变化与其理论张力曲线相符，则说明该优化算法的正确性。图10为用分类最小方差优化法对（–10,–10,10）m到（10,10,80）m直线轨迹进行张力试验结果。由结果可以看出，下斜拉索r13~r18张力按照理论曲线变化，上、中斜拉索r1~r12张力比理论值大300~800N左右，考虑传动系统的惯性力及摩擦阻力等因素，其变化趋势与理论曲线相同，说明分类最小方差优化法的正确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]NASA发布载人火星探索之路[J]. 李虹琳,李金钊. 中国航天. 2015(11)
[2]柔索牵引并联机构的静刚度分析[J]. 李辉,朱文白. 机械工程学报. 2010(03)
[3]载人火星航行的先期研究[J]. 朱毅麟. 航天器工程. 2006(02)
硕士论文
[1]悬吊式低重力模拟系统控制研究[D]. 曲健刚.哈尔滨工业大学 2017
[2]悬吊式低重力模拟系统研究[D]. 蒋银飞.电子科技大学 2017
[3]吊索式低重力模拟器控制系统设计[D]. 王启超.哈尔滨工业大学 2015
[4]绳索牵引并联机器人的动力学建模与控制研究[D]. 颜玉娇.中国科学技术大学 2015
本文编号：3039040
【文章来源】：航天返回与遥感. 2020,41(06)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
系统坐标系Fig.2Coordinationsystem
第6期陈强等:低重力模拟试验平台索并联驱动系统张力优化策略73图7CF优化法索张力曲线图8常规最小方差优化法索张力曲线Fig.7CFoptimizationtensioncurvesFig.8Generalminimumvarianceoptimizationtensioncurves图9分类最小方差优化法索张力曲线Fig.9Classifiedminimumvarianceoptimizationtensioncurves4分类最小方差优化法试验及结果分析通过以上分析比较，分类最小方差优化法计算的FCWS最大，典型轨迹曲线张力上限最小，满足系统要求，下面用该方法对低重力模拟试验平台索并联驱动系统进行张力优化试验，以验证其正确性。低重力模拟试验平台的索并联驱动系统采用伺服电机进行驱动，驱动控制器能够实时检测输出力矩，间接测量绳索的张力。控制系统采用力/位混合控制模式，首先根据典型轨迹用分类最小方差优化法事先计算好18根钢索的张力以及位置的变化曲线；在运动过程中，通过对上、中斜拉索长度按照位置变化曲线进行位置控制，使随动平台按轨迹运行；同时根据张力曲线控制下斜拉6根钢索张力大小，当张力比理论张力大时，加速释放钢索，当张力比理论张力小时，减速释放钢索。如果在运行过程中，上、中斜拉12根钢索张力变化与其理论张力曲线相符，则说明该优化算法的正确性。图10为用分类最小方差优化法对（–10,–10,10）m到（10,10,80）m直线轨迹进行张力试验结果。由结果可以看出，下斜拉索r13~r18张力按照理论曲线变化，上、中斜拉索r1~r12张力比理论值大300~800N左右，考虑传动系统的惯性力及摩擦阻力等因素，其变化趋势与理论曲线相同，说明分类最小方差优化法的正确性。
第6期陈强等:低重力模拟试验平台索并联驱动系统张力优化策略73图7CF优化法索张力曲线图8常规最小方差优化法索张力曲线Fig.7CFoptimizationtensioncurvesFig.8Generalminimumvarianceoptimizationtensioncurves图9分类最小方差优化法索张力曲线Fig.9Classifiedminimumvarianceoptimizationtensioncurves4分类最小方差优化法试验及结果分析通过以上分析比较，分类最小方差优化法计算的FCWS最大，典型轨迹曲线张力上限最小，满足系统要求，下面用该方法对低重力模拟试验平台索并联驱动系统进行张力优化试验，以验证其正确性。低重力模拟试验平台的索并联驱动系统采用伺服电机进行驱动，驱动控制器能够实时检测输出力矩，间接测量绳索的张力。控制系统采用力/位混合控制模式，首先根据典型轨迹用分类最小方差优化法事先计算好18根钢索的张力以及位置的变化曲线；在运动过程中，通过对上、中斜拉索长度按照位置变化曲线进行位置控制，使随动平台按轨迹运行；同时根据张力曲线控制下斜拉6根钢索张力大小，当张力比理论张力大时，加速释放钢索，当张力比理论张力小时，减速释放钢索。如果在运行过程中，上、中斜拉12根钢索张力变化与其理论张力曲线相符，则说明该优化算法的正确性。图10为用分类最小方差优化法对（–10,–10,10）m到（10,10,80）m直线轨迹进行张力试验结果。由结果可以看出，下斜拉索r13~r18张力按照理论曲线变化，上、中斜拉索r1~r12张力比理论值大300~800N左右，考虑传动系统的惯性力及摩擦阻力等因素，其变化趋势与理论曲线相同，说明分类最小方差优化法的正确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]NASA发布载人火星探索之路[J]. 李虹琳,李金钊. 中国航天. 2015(11)
[2]柔索牵引并联机构的静刚度分析[J]. 李辉,朱文白. 机械工程学报. 2010(03)
[3]载人火星航行的先期研究[J]. 朱毅麟. 航天器工程. 2006(02)
硕士论文
[1]悬吊式低重力模拟系统控制研究[D]. 曲健刚.哈尔滨工业大学 2017
[2]悬吊式低重力模拟系统研究[D]. 蒋银飞.电子科技大学 2017
[3]吊索式低重力模拟器控制系统设计[D]. 王启超.哈尔滨工业大学 2015
[4]绳索牵引并联机器人的动力学建模与控制研究[D]. 颜玉娇.中国科学技术大学 2015
本文编号：3039040
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