六自由度隔振平台的优化与控制研究

发布时间：2017-08-12 20:14

  本文关键词：六自由度隔振平台的优化与控制研究

  更多相关文章： 主被动联合隔振 参数优化 联合仿真 并联平台 鲁棒控制

【摘要】：控制力矩陀螺主要用于卫星的姿态调节,由于其质量分布不均等因素引起的微振动会导致卫星指向精度、分辨率和星上设备寿命等性能参数的下降。随着高分辨遥影技术在生活中的作用日益突出,针对力矩陀螺的卫星隔振研究具有重大意义。本课题提出了基于Stewart机构力矩陀螺隔振方案,在理论建模和仿真分析的基础上,对力矩陀螺隔振平台的性能优化以及控制系统进行了深入研究。本文的研究内容主要如下:1.研究了主被动隔振方案,进行了理论建模和相应的特征分析,并讨论了质量比、阻尼比、固有频率比对于隔振特性的影响,并对被动隔振模块中的弹簧和阻尼系数进行了相应的优化。对Stewart机构的条件数和刚度进行了分析,并采用多目标进化算法对这一对矛盾的参数进行了优化,得到Pareto最优前沿面。2.采用Newton-Euler方法建立了主被动隔振平台的动力学模型。通过分析压电材料的特性,建立了作动器输出力、作动器输出位移和作动器电压之间的方程。根据Stewart隔振平台支腿的运动学和动力学,得出球铰力与作动器输出力之间的关系,进而分析上平台的动力学,得到隔振平台的正向动力学模型,并进行了数值仿真。3.采用支腿的数学模型进行支腿隔振性能的仿真分析,并进行了隔振平台的控制仿真。对比PID控制与鲁棒控制对支腿隔振的性能影响,发现鲁棒控制的抗干扰较强,稳定性更好。鲁棒控制中,研究了Q、R权值矩阵的选取对于LQR控制性能的影响,同时根据实际情况设计了中间质量的位移、速度的降维观测器;针对支腿隔振的性能要求设计了H-Infinity控制。最后对隔振平台进行了联合仿真控制,对Z轴方向力传递性能和力矩传递性能进行了分析,验证了隔振平台模型和控制策略的正确性。
【关键词】：主被动联合隔振 参数优化 联合仿真 并联平台 鲁棒控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题背景、研究目的及意义11-12
• 1.1.1 课题背景11
• 1.1.2 研究目的及意义11-12
• 1.2 基于Stewart平台隔振的国内外研究现状12-17
• 1.2.1 Stewart平台动力学建模研究现状14
• 1.2.2 Stewart平台优化研究现状14-16
• 1.2.3 Stewart平台主动控制研究现状16-17
• 1.3 文章结构安排17-18
• 第二章 隔振平台参数优化18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 遗传算法18-20
• 2.2.1 遗传算法18
• 2.2.2 GA设计过程18-19
• 2.2.3 GA算子19-20
• 2.3 隔振特性分析20-24
• 2.3.1 性能标准分析20-21
• 2.3.2 主动隔振分析21-24
• 2.4 隔振参数分析24-26
• 2.4.1 隔振平台简化24-25
• 2.4.2 质量比因素分析25
• 2.4.3 阻尼比因素分析25-26
• 2.4.4 固有频率比分析26
• 2.5 支腿参数优化26-28
• 2.6 Stewart平台构型优化28-36
• 2.6.1 GA设计参数选择28-29
• 2.6.2 遗传算法目标函数选择29-32
• 2.6.3 GA优化32-33
• 2.6.4 多目标优化算法NSGA-Ⅱ33-35
• 2.6.5 基于NSGA-Ⅱ的平台优化35-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 基于牛顿-欧拉方法的隔振平台动力学建模与分析37-48
• 3.1 引言37
• 3.2 Stewart隔振平台构型分析37-38
• 3.3 Stewart隔振平台动力学建模38-46
• 3.3.1 压电作动分析39
• 3.3.2 支腿运动学分析39-41
• 3.3.3 支腿动力学分析41-44
• 3.3.4 Stewart隔振平台运动学与动力学模型44-46
• 3.4 数值仿真分析46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 主动隔振控制设计48-66
• 4.1 引言48
• 4.2 星体干扰源分析48-49
• 4.3 基于加速度反馈的PID控制49-52
• 4.3.1 PID控制简介49-50
• 4.3.2 加速度反馈控制50-52
• 4.4 LQR控制52-57
• 4.4.1 LQR线性二次调节器52-53
• 4.4.2 LQR控制设计53-54
• 4.4.3 降维观测器设计54-56
• 4.4.4 LQR控制仿真56-57
• 4.5 H-Infinity控制57-60
• 4.5.1 H-Infinity控制器设计58-59
• 4.5.2 H-Infinity控制仿真59-60
• 4.6 基于ADAMS的隔振平台控制60-64
• 4.6.1 Stewart隔振平台固有频率61-62
• 4.6.2 Z轴方向力传递仿真62-63
• 4.6.3 Z轴方向力矩传递仿真63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 工作总结66-67
• 5.2 研究展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孟光;周徐斌;;卫星微振动及控制技术进展[J];航空学报;2015年08期

2 杨小龙;吴洪涛;陈柏;朱留存;荀俊祥;;Fast Numerical Solution to Forward Kinematics of General Stewart Mechanism Using Quaternion[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics;2014年04期

3 刘颖;王瑞;;基于计算多体系统动力学的机织物卡尔丹角多体动力学模型[J];机械工程学报;2014年05期

4 刘磊;王萍萍;孔宪仁;王本利;;Stewart平台动力学建模及鲁棒主动隔振控制[J];宇航学报;2011年06期

5 陈红梅;朱若寒;;遗传算法研究现状与应用[J];科技信息;2011年18期

6 吕帮俊;朱石坚;彭利坤;邢继峰;;Stewart机构刚度映射建模与仿真[J];振动与冲击;2011年04期

7 姚建涛;侯雨雷;毛海峡;赵永生;;Stewart结构六维力传感器各向同性的解析分析与优化设计[J];机械工程学报;2009年12期

8 袁德国;吕慧刚;魏子淋;陆廷金;;基于NSGA-Ⅱ算法的装备研制多目标优化研究[J];计算机工程与应用;2008年16期

9 魏燕定;赖小波;陈定中;沈国强;;两级振动隔振系统参数优化设计[J];浙江大学学报(工学版);2006年05期

10 张建卓;何凡;毛君;;基于遗传算法的两级隔振系统消振器参数优化研究[J];中国工程机械学报;2006年02期

，

本文编号：663422