电液驱动3-UPS/S并联稳定平台机构优化及动力学模型研究
发布时间：2021-11-29 03:12
在舰船航行过程中,由于海浪、海风等的持续影响,舰船的姿态不断的发生变化,给舰船载作业设备及工作人员的安全带来了一定的威胁。以隔离舰船扰动为主要任务的稳定平台的研发及使用,大大地提高了设备及人员的安全系数。本课题围绕以水平姿态调整为主的电液驱动3-UPS/S并联稳定平台展开研究,通过搭建平台实验系统,对平台姿态工作空间及跟踪补偿能力进行相关的验证与测试,主要研究内容如下:对并联稳定平台机构进行运动学分析及尺寸优化。针对稳定平台对姿态工作空间的设计要求,提出无奇异且连续的有效姿态工作空间,并以有效姿态工作空间体积作为指标衡量平台规避奇异的能力;为确保各驱动支链运动、力传递性能较优且承载均衡,提出运动学分配性能指标;兼顾稳定平台有效姿态工作空间体积最大和运动学分配性能指标最优,对并联稳定平台的机构尺寸进行优化。建立电液驱动并联稳定平台系统多能域耦合全局动力学模型。基于对多能域动力学建模工具——键合图建模过程的分析,将旋量键合图理论引入空间并联机构的建模中并展开研究,其兼具旋量理论描述空间并联机构简洁、直观及键合图多能域建模统一、规范的特点。利用旋量键合图构建并联稳定平台机构动力学模型;同时通...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 稳定平台发展现状
1.2.1 串联稳定平台
1.2.2 并联稳定平台
1.3 相关领域研究现状
1.3.1 三自由度转动并联机构
1.3.2 性能指标
1.3.3 动力学建模
1.3.4 动力学参数辨识
1.4 课题来源与主要研究内容
第2章 并联稳定平台运动学分析与机构优化
2.1 引言
2.2 并联稳定平台机构组成
2.3 并联稳定平台运动学分析
2.3.1 舰船稳定平台系统姿态描述
2.3.2 运动学位置逆解
2.3.3 速度和加速度分析
2.3.4 姿态工作空间
2.4 运动学性能指标
2.4.1 有效姿态工作空间
2.4.2 运动学分配性能
2.5 并联稳定平台机构优化
2.5.1 设计空间
2.5.2 尺寸优化
2.6 本章小结
第3章 并联稳定平台动力学建模
3.1 引言
3.2 键合图基本概述
3.2.1 广义变量与基本通口元件
3.2.2 因果关系
3.2.3 规则化的建模过程
3.3 旋量键合图
3.3.1 广义旋量变量
3.3.2 可调变换器
3.4 三维运动刚体及运动副旋量键合图
3.4.1 三维运动刚体旋量键合图
3.4.2 运动副旋量键合图
3.5 稳定平台机构旋量键合图
3.5.1 驱动支链旋量键合图
3.5.2 动平台旋量键合图
3.5.3 逆向动力学验证
3.6 稳定平台系统全局动力学模型
3.6.1 电液伺服系统键合图
3.6.2 稳定平台系统全局键合图
3.7 本章小结
第4章 并联稳定平台动力学参数辨识
4.1 引言
4.2 基本动力学参数
4.3 关于动力学参数的线性化模型
4.3.1 关键点速度旋量等效
4.3.2 关键点力旋量等效
4.3.3 构件动力学模型的线性化
4.3.4 关于平台惯性参数的线性化模型
4.3.5 关于关节摩擦参数的线性化模型
4.4 动力学参数辨识策略
4.4.1 平台惯性参数辨识原理
4.4.2 激励轨迹的优化
4.4.3 关节摩擦参数辨识
4.4.4 辨识流程
4.5 动力学参数辨识实验研究
4.5.1 辨识实验装置
4.5.2 辨识实验轨迹
4.5.3 辨识结果及验证
4.6 本章小节
第5章 并联稳定平台系统仿真分析与实验研究
5.1 引言
5.2 仿真模型
5.2.1 并联稳定平台机构建模
5.2.2 液压驱动系统建模
5.3 跟踪控制策略
5.3.1 液压缸位置小闭环控制方法
5.3.2 双闭环+速度前馈控制方法
5.4 实验研究
5.4.1 实验系统组成
5.4.2 实验验证与测试
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]An inertial parameter identification method of eliminating system damping effect for a six-degree-of-freedom parallel manipulator[J]. Tian Tixian,Jiang Hongzhou,Tong Zhizhong,He Jingfeng,Huang Qitao. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(02)
[2]Geometric Condition of 3UPS-S Parallel Mechanism in Singular Configuration[J]. HAN Xianguo,LIU Yanlong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014(01)
[3]一种新型并联动力头动力学参数辨识方法研究[J]. 黄田,陈闯,王辉. 机械工程学报. 2013(19)
[4]两种三自由度并联角台机构的转动空间分析[J]. 陈子明,陈谊超,杨凤霞,黄真. 机械工程学报. 2014(05)
[5]基于改进傅里叶级数的机器人动力学参数辨识[J]. 吴文祥,朱世强,靳兴来. 浙江大学学报(工学版). 2013(02)
[6]基于牛顿—欧拉法的3-UPS/S并联机构动力学分析[J]. 印松,陈竟新,唐矫燕. 制造业自动化. 2013(02)
[7]耦合型3自由度并联稳定平台机构动力学分析[J]. 刘晓,赵铁石,边辉,罗二娟,苑飞虎. 机械工程学报. 2013(01)
[8]导引头二轴稳定平台的轴角关系和简化[J]. 吴晔,朱晓峰,陈峻山. 制导与引信. 2012(01)
[9]一平移二转动并联稳定平台拓扑结构设计[J]. 房立丰,刘安心,杨廷力,常兴,武光华,李永. 农业机械学报. 2012(02)
[10]Structure and Dynamic Characters of New Radar Stabilized Platform[J]. 薛珊,曹国华,范惠林,吕琼莹. Journal of China Ordnance. 2011(04)
博士论文
[1]并联6-PUS舰载稳定平台机构学基础理论与实验研究[D]. 刘晓.燕山大学 2014
[2]球面2-DOF并联机构的理论分析与实验研究[D]. 李永泉.燕山大学 2012
[3]船用摄像稳定平台测控问题研究[D]. 王玉辉.山东科技大学 2011
[4]舰载激光武器稳定平台控制技术研究[D]. 郭立东.哈尔滨工程大学 2011
[5]并联4TPS-1PS型电动稳定跟踪平台的特性及控制研究[D]. 程佳.浙江大学 2008
[6]基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模方法的研究[D]. 王中双.哈尔滨工业大学 2007
[7]两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化[D]. 张立杰.燕山大学 2006
[8]复杂机电系统（键合图—模态分析）方法研究[D]. 王艾伦.中南大学 2004
[9]大射电望远镜精调Stewart平台的优化、分析与控制[D]. 苏玉鑫.西安电子科技大学 2002
硕士论文
[1]并联四自由度舰载稳定平台特性及控制研究[D]. 苏士如.燕山大学 2014
[2]一种3-UPS/S球面并联机构的运动参数优化研究[D]. 张新.燕山大学 2013
[3]基于并联机构的稳定平台建模与控制[D]. 刘义德.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3525724
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 稳定平台发展现状
1.2.1 串联稳定平台
1.2.2 并联稳定平台
1.3 相关领域研究现状
1.3.1 三自由度转动并联机构
1.3.2 性能指标
1.3.3 动力学建模
1.3.4 动力学参数辨识
1.4 课题来源与主要研究内容
第2章 并联稳定平台运动学分析与机构优化
2.1 引言
2.2 并联稳定平台机构组成
2.3 并联稳定平台运动学分析
2.3.1 舰船稳定平台系统姿态描述
2.3.2 运动学位置逆解
2.3.3 速度和加速度分析
2.3.4 姿态工作空间
2.4 运动学性能指标
2.4.1 有效姿态工作空间
2.4.2 运动学分配性能
2.5 并联稳定平台机构优化
2.5.1 设计空间
2.5.2 尺寸优化
2.6 本章小结
第3章 并联稳定平台动力学建模
3.1 引言
3.2 键合图基本概述
3.2.1 广义变量与基本通口元件
3.2.2 因果关系
3.2.3 规则化的建模过程
3.3 旋量键合图
3.3.1 广义旋量变量
3.3.2 可调变换器
3.4 三维运动刚体及运动副旋量键合图
3.4.1 三维运动刚体旋量键合图
3.4.2 运动副旋量键合图
3.5 稳定平台机构旋量键合图
3.5.1 驱动支链旋量键合图
3.5.2 动平台旋量键合图
3.5.3 逆向动力学验证
3.6 稳定平台系统全局动力学模型
3.6.1 电液伺服系统键合图
3.6.2 稳定平台系统全局键合图
3.7 本章小结
第4章 并联稳定平台动力学参数辨识
4.1 引言
4.2 基本动力学参数
4.3 关于动力学参数的线性化模型
4.3.1 关键点速度旋量等效
4.3.2 关键点力旋量等效
4.3.3 构件动力学模型的线性化
4.3.4 关于平台惯性参数的线性化模型
4.3.5 关于关节摩擦参数的线性化模型
4.4 动力学参数辨识策略
4.4.1 平台惯性参数辨识原理
4.4.2 激励轨迹的优化
4.4.3 关节摩擦参数辨识
4.4.4 辨识流程
4.5 动力学参数辨识实验研究
4.5.1 辨识实验装置
4.5.2 辨识实验轨迹
4.5.3 辨识结果及验证
4.6 本章小节
第5章 并联稳定平台系统仿真分析与实验研究
5.1 引言
5.2 仿真模型
5.2.1 并联稳定平台机构建模
5.2.2 液压驱动系统建模
5.3 跟踪控制策略
5.3.1 液压缸位置小闭环控制方法
5.3.2 双闭环+速度前馈控制方法
5.4 实验研究
5.4.1 实验系统组成
5.4.2 实验验证与测试
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]An inertial parameter identification method of eliminating system damping effect for a six-degree-of-freedom parallel manipulator[J]. Tian Tixian,Jiang Hongzhou,Tong Zhizhong,He Jingfeng,Huang Qitao. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(02)
[2]Geometric Condition of 3UPS-S Parallel Mechanism in Singular Configuration[J]. HAN Xianguo,LIU Yanlong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014(01)
[3]一种新型并联动力头动力学参数辨识方法研究[J]. 黄田,陈闯,王辉. 机械工程学报. 2013(19)
[4]两种三自由度并联角台机构的转动空间分析[J]. 陈子明,陈谊超,杨凤霞,黄真. 机械工程学报. 2014(05)
[5]基于改进傅里叶级数的机器人动力学参数辨识[J]. 吴文祥,朱世强,靳兴来. 浙江大学学报(工学版). 2013(02)
[6]基于牛顿—欧拉法的3-UPS/S并联机构动力学分析[J]. 印松,陈竟新,唐矫燕. 制造业自动化. 2013(02)
[7]耦合型3自由度并联稳定平台机构动力学分析[J]. 刘晓,赵铁石,边辉,罗二娟,苑飞虎. 机械工程学报. 2013(01)
[8]导引头二轴稳定平台的轴角关系和简化[J]. 吴晔,朱晓峰,陈峻山. 制导与引信. 2012(01)
[9]一平移二转动并联稳定平台拓扑结构设计[J]. 房立丰,刘安心,杨廷力,常兴,武光华,李永. 农业机械学报. 2012(02)
[10]Structure and Dynamic Characters of New Radar Stabilized Platform[J]. 薛珊,曹国华,范惠林,吕琼莹. Journal of China Ordnance. 2011(04)
博士论文
[1]并联6-PUS舰载稳定平台机构学基础理论与实验研究[D]. 刘晓.燕山大学 2014
[2]球面2-DOF并联机构的理论分析与实验研究[D]. 李永泉.燕山大学 2012
[3]船用摄像稳定平台测控问题研究[D]. 王玉辉.山东科技大学 2011
[4]舰载激光武器稳定平台控制技术研究[D]. 郭立东.哈尔滨工程大学 2011
[5]并联4TPS-1PS型电动稳定跟踪平台的特性及控制研究[D]. 程佳.浙江大学 2008
[6]基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模方法的研究[D]. 王中双.哈尔滨工业大学 2007
[7]两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化[D]. 张立杰.燕山大学 2006
[8]复杂机电系统（键合图—模态分析）方法研究[D]. 王艾伦.中南大学 2004
[9]大射电望远镜精调Stewart平台的优化、分析与控制[D]. 苏玉鑫.西安电子科技大学 2002
硕士论文
[1]并联四自由度舰载稳定平台特性及控制研究[D]. 苏士如.燕山大学 2014
[2]一种3-UPS/S球面并联机构的运动参数优化研究[D]. 张新.燕山大学 2013
[3]基于并联机构的稳定平台建模与控制[D]. 刘义德.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3525724
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