三自由度船舶运动模拟平台及其液压伺服驱动系统的研究
发布时间：2021-05-14 16:38
基于各种不同的目的,国内外许多公司和研究机构都进行了运动模拟平台的研制,其中大多数采用的都是Stewart并联机构,Stewart并联机构的优点是高刚度、高承载能力和结构简单,缺点是各个作动器之间存在严重的耦合,并且垂荡运动范围由于要小于作动器的运动范围而受到制约。本文结合晕船病研究的需要,设计了一种结构新颖的船舶运动模拟平台,该模拟平台由“剪叉式”结构实现大幅度的垂荡运动模拟,由两个并联的“跷跷板”结构实现纵摇和横摇运动模拟。所设计的船舶运动模拟平台采用高性能的位置跟踪阀控非对称缸系统驱动,高性能的位置跟踪阀控非对称缸系统在现代国防工业和民用工业上也有极大的需求,对其进行深入的研究很有必要。围绕所设计的船舶运动模拟平台及其液压伺服驱动系统,开展了下面一系列的研究工作:1.对所研制的船舶运动模拟平台进行了运动学分析,给出了运动学正解方程和反解方程。采用达朗贝尔原理,推导机构的动力学方程。在动力学分析中,提出了直接采用连续坐标旋转变换方法获得纵摇横摇伺服缸的姿态角速度与角加速度的简单方法;提出了把纵摇横摇机构及上层平台上的负载这个整体当作垂荡机构的一个动态负载来考虑,从而简化了垂荡机构的...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源及意义
1.2 船舶运动模拟平台综述
1.2.1 船舶运动模拟平台国内外研究现状
1.2.2 船舶运动模拟器的性能指标要求
1.3 电液伺服系统高精度位置跟踪控制研究的意义
1.4 电液伺服系统中的非线性和不确定因素及其对系统性能的影响
1.5 电液伺服系统的研究现状
1.5.1 阀控缸电液伺服系统的建模研究
1.5.2 阀控缸电液伺服系统的稳定性分析与设计研究
1.5.3 阀控缸电液伺服系统的控制策略研究
1.6 论文的主要研究内容
第二章 船舶运动模拟平台的动力学分析
2.1 一种结构新颖的船舶运动模拟平台
2.2 船舶运动模拟平台的运动学分析
2.2.1 垂荡机构的运动学分析
2.2.2 纵摇横摇机构的运动学分析
2.3 船舶运动模拟平台的动力学方程
2.3.1 纵摇横摇机构的动力学方程
2.3.2 垂荡机构的动力学方程
2.4 船舶运动模拟平台的动力学仿真
2.5 本章小结
第三章 船舶运动模拟平台阀控非对称缸液压驱动系统的建模和特性分析
3.1 阀控非对称缸系统的基本描述
3.2 阀控非对称缸系统非线性模型的建立
3.2.1 系统的描述方程
3.2.2 系统的状态空间非线性模型
3.2.3 非线性模型的仿真结果与试验验证
3.3 阀控非对称缸系统非线性模型的局部线性化研究
3.3.1 负载压力与负载流量的定义
3.3.2 基于负载流量与负载压力的系统描述方程
3.3.3 阀控非对称缸的传递函数
3.4 阀控非对称缸系统非线性模型的全局线性化研究
3.4.1 基于微分几何的精确线性化方法简介
3.4.2 非线性模型的反馈线性化
3.4.3 系统的零动态分析
3.5 阀控非对称缸系统特性分析
3.5.1 阀控非对称缸系统压力特性分析
3.5.2 阀控非对称缸系统的速度特性
3.5.3 阀控非对称缸系统的负载压力—流量输出特性
3.5.4 阀控非对称缸系统的动态刚度
3.6 非线性环节对系统特性影响的仿真分析
3.7 本章小结
第四章 基于分岔理论的液压驱动系统结构稳定性分析与设计
4.1 基于分岔理论的结构稳定性分析
4.1.1 平衡态与结构稳定性
4.1.2 基于多参数分岔理论的结构稳定性分析
4.1.3 基于迭代搜索原理的分岔分析方法的优缺点
4.2 液压驱动系统结构稳定性分析与设计
4.2.1 考虑管道的阀控非对称缸系统状态空间模型
4.2.2 分岔理论在阀控非对称缸系统中的适用性
4.2.3 各参数变化对系统稳定影响的分析
4.3 本章小结
第五章 基于QFT的船舶运动模拟平台高精度位置跟踪鲁棒控制器设计
5.1 QFT控制方法的特点
5.2 QFT控制器的设计过程
5.3 非线性系统不确定模型的建模
5.3.1 有理传递函数估计方法
5.3.2 基于简单的闭环比例控制试验的系统不确定模型的建模方法
5.3.3 基于非线性数学建模的系统不确定模型的建模方法
5.3.4 基于反馈线性化模型的系统不确定模型的建模方法
5.3.5 基于神经网络系统辨识的系统不确定模型的建模方法
5.4 控制系统性能指标的确定
5.5 阀控非对称缸系统QFT控制器的设计与仿真
5.6 零相差跟踪控制器的设计与仿真
5.7 零相移低通滤波器的设计
5.8 输入饱和补偿器的设计及仿真
5.9 高精度位置跟踪鲁棒控制系统设计
5.10 本章小结
第六章 船舶运动模拟平台的系统设计及试验研究
6.1 船舶运动模拟平台样机的研制
6.1.1 机械结构的设计
6.1.2 液压驱动系统的设计
6.1.3 计算机控制系统的设计
6.2 船舶运动模拟平台高精度位置跟踪控制试验研究
6.2.1 基于实际系统的不确定模型的建立
6.2.2 QFT控制试验
6.2.3 零相差跟踪控制试验
6.2.4 零相移低通滤波试验
6.2.5 饱和补偿控制试验
6.2.6 与自学习滑模模糊控制的对比试验
6.3 晕船病运动环境模拟试验研究
6.3.1 人体晕船病机理研究
6.3.2 晕船病运动环境模拟试验曲线
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
1 发表论文
2 申请专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性电液位置伺服系统的自学习滑模模糊控制[J]. 陈浩锋,戴一帆,杨军宏. 机床与液压. 2006(09)
[2]坦克发动机道路模拟测试平台动力学研究[J]. 袁立鹏,许宏光,赵克定. 机械工程学报. 2006(05)
[3]基于受控系统的分岔结构确定控制器参数[J]. 陈玲莉,谢勇,徐健学. 西安交通大学学报. 2006(05)
[4]飞行模拟器六自由度运动平台的位置分析与测量控制[J]. 王勇亮,卢颖,梁建民. 计算机测量与控制. 2005(11)
[5]一种描述非线性动力学响应的新方法[J]. 杨永锋,任兴民,秦卫阳. 中国机械工程. 2005(16)
[6]船舶运动模拟器阀控非对称缸液压系统神经网络辨识[J]. 陈浩锋,戴一帆,杨军宏. 液压气动与密封. 2005(04)
[7]电力系统分岔与混沌研究综述[J]. 王宝华,杨成梧,张强. 电工技术学报. 2005(07)
[8]火炮液压伺服系统神经网络非线性PID控制[J]. 陈机林. 液压与气动. 2005(03)
[9]电液伺服系统的二阶滑模控制算法研究[J]. 李运华,杨丽曼,张志华. 机械工程学报. 2005(03)
[10]电气液压复合调节容积式舵机的精确线性化控制[J]. 李运华,王占林. 机械工程学报. 2004(11)
博士论文
[1]超精密机床伺服控制技术研究[D]. 郑子文.国防科学技术大学 2001
硕士论文
[1]船舶运动模拟平台电液伺服控制系统研究[D]. 陈浩锋.国防科学技术大学 2005
本文编号：3185980
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源及意义
1.2 船舶运动模拟平台综述
1.2.1 船舶运动模拟平台国内外研究现状
1.2.2 船舶运动模拟器的性能指标要求
1.3 电液伺服系统高精度位置跟踪控制研究的意义
1.4 电液伺服系统中的非线性和不确定因素及其对系统性能的影响
1.5 电液伺服系统的研究现状
1.5.1 阀控缸电液伺服系统的建模研究
1.5.2 阀控缸电液伺服系统的稳定性分析与设计研究
1.5.3 阀控缸电液伺服系统的控制策略研究
1.6 论文的主要研究内容
第二章 船舶运动模拟平台的动力学分析
2.1 一种结构新颖的船舶运动模拟平台
2.2 船舶运动模拟平台的运动学分析
2.2.1 垂荡机构的运动学分析
2.2.2 纵摇横摇机构的运动学分析
2.3 船舶运动模拟平台的动力学方程
2.3.1 纵摇横摇机构的动力学方程
2.3.2 垂荡机构的动力学方程
2.4 船舶运动模拟平台的动力学仿真
2.5 本章小结
第三章 船舶运动模拟平台阀控非对称缸液压驱动系统的建模和特性分析
3.1 阀控非对称缸系统的基本描述
3.2 阀控非对称缸系统非线性模型的建立
3.2.1 系统的描述方程
3.2.2 系统的状态空间非线性模型
3.2.3 非线性模型的仿真结果与试验验证
3.3 阀控非对称缸系统非线性模型的局部线性化研究
3.3.1 负载压力与负载流量的定义
3.3.2 基于负载流量与负载压力的系统描述方程
3.3.3 阀控非对称缸的传递函数
3.4 阀控非对称缸系统非线性模型的全局线性化研究
3.4.1 基于微分几何的精确线性化方法简介
3.4.2 非线性模型的反馈线性化
3.4.3 系统的零动态分析
3.5 阀控非对称缸系统特性分析
3.5.1 阀控非对称缸系统压力特性分析
3.5.2 阀控非对称缸系统的速度特性
3.5.3 阀控非对称缸系统的负载压力—流量输出特性
3.5.4 阀控非对称缸系统的动态刚度
3.6 非线性环节对系统特性影响的仿真分析
3.7 本章小结
第四章 基于分岔理论的液压驱动系统结构稳定性分析与设计
4.1 基于分岔理论的结构稳定性分析
4.1.1 平衡态与结构稳定性
4.1.2 基于多参数分岔理论的结构稳定性分析
4.1.3 基于迭代搜索原理的分岔分析方法的优缺点
4.2 液压驱动系统结构稳定性分析与设计
4.2.1 考虑管道的阀控非对称缸系统状态空间模型
4.2.2 分岔理论在阀控非对称缸系统中的适用性
4.2.3 各参数变化对系统稳定影响的分析
4.3 本章小结
第五章 基于QFT的船舶运动模拟平台高精度位置跟踪鲁棒控制器设计
5.1 QFT控制方法的特点
5.2 QFT控制器的设计过程
5.3 非线性系统不确定模型的建模
5.3.1 有理传递函数估计方法
5.3.2 基于简单的闭环比例控制试验的系统不确定模型的建模方法
5.3.3 基于非线性数学建模的系统不确定模型的建模方法
5.3.4 基于反馈线性化模型的系统不确定模型的建模方法
5.3.5 基于神经网络系统辨识的系统不确定模型的建模方法
5.4 控制系统性能指标的确定
5.5 阀控非对称缸系统QFT控制器的设计与仿真
5.6 零相差跟踪控制器的设计与仿真
5.7 零相移低通滤波器的设计
5.8 输入饱和补偿器的设计及仿真
5.9 高精度位置跟踪鲁棒控制系统设计
5.10 本章小结
第六章 船舶运动模拟平台的系统设计及试验研究
6.1 船舶运动模拟平台样机的研制
6.1.1 机械结构的设计
6.1.2 液压驱动系统的设计
6.1.3 计算机控制系统的设计
6.2 船舶运动模拟平台高精度位置跟踪控制试验研究
6.2.1 基于实际系统的不确定模型的建立
6.2.2 QFT控制试验
6.2.3 零相差跟踪控制试验
6.2.4 零相移低通滤波试验
6.2.5 饱和补偿控制试验
6.2.6 与自学习滑模模糊控制的对比试验
6.3 晕船病运动环境模拟试验研究
6.3.1 人体晕船病机理研究
6.3.2 晕船病运动环境模拟试验曲线
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
1 发表论文
2 申请专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性电液位置伺服系统的自学习滑模模糊控制[J]. 陈浩锋,戴一帆,杨军宏. 机床与液压. 2006(09)
[2]坦克发动机道路模拟测试平台动力学研究[J]. 袁立鹏,许宏光,赵克定. 机械工程学报. 2006(05)
[3]基于受控系统的分岔结构确定控制器参数[J]. 陈玲莉,谢勇,徐健学. 西安交通大学学报. 2006(05)
[4]飞行模拟器六自由度运动平台的位置分析与测量控制[J]. 王勇亮,卢颖,梁建民. 计算机测量与控制. 2005(11)
[5]一种描述非线性动力学响应的新方法[J]. 杨永锋,任兴民,秦卫阳. 中国机械工程. 2005(16)
[6]船舶运动模拟器阀控非对称缸液压系统神经网络辨识[J]. 陈浩锋,戴一帆,杨军宏. 液压气动与密封. 2005(04)
[7]电力系统分岔与混沌研究综述[J]. 王宝华,杨成梧,张强. 电工技术学报. 2005(07)
[8]火炮液压伺服系统神经网络非线性PID控制[J]. 陈机林. 液压与气动. 2005(03)
[9]电液伺服系统的二阶滑模控制算法研究[J]. 李运华,杨丽曼,张志华. 机械工程学报. 2005(03)
[10]电气液压复合调节容积式舵机的精确线性化控制[J]. 李运华,王占林. 机械工程学报. 2004(11)
博士论文
[1]超精密机床伺服控制技术研究[D]. 郑子文.国防科学技术大学 2001
硕士论文
[1]船舶运动模拟平台电液伺服控制系统研究[D]. 陈浩锋.国防科学技术大学 2005
本文编号：3185980
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3185980.html
