三自由度海浪模拟平台的设计开发

发布时间：2017-07-06 09:00

  本文关键词：三自由度海浪模拟平台的设计开发

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【摘要】：虚拟的运动平台广泛应用于军事、生活、娱乐等多个领域,例如：模拟航天器用以训练飞行员、模拟汽车在复杂路况运行、提供身临其境的游戏体验等。开发这类运动平台可以降低成本、提高效率,成为当今研究的一大热点。伴随着计算机技术的迅速发展,计算机辅助设计广泛被应用在社会的多个领域,机械制造装备行业也已广泛使用各种CAD/CAM软件来提高企业的工作效率、减轻工程设计人员的劳动强度,优化产品方案。本文对三自由度海浪模拟平台进行了研究,在分析当前海浪模拟的基础上,结合实际应用要求,研究开发了三自由度串联与并联组合运动的模拟平台。针对平台机构的特点对纵摇横摇机构和垂荡机构分别进行了运动学和动力学的分析,探讨了平台位置正解和反解解析表达式。结合理论设计计算,运用SolidWorks软件建立三维模型,装配之后完成仿真试验,完成了三个自由度动作的模拟,运动平台具有良好的运动性能。获得海浪平台在运动过程中与液压缸运动的关系曲线,验证了动力学理论分析的正确性,为液压系统的设计提供参考依据。在流体力学和经典控制理论的基础上,建立阀控液压缸的数学模型,并根据电液伺服位置控制系统的结构原理,推导出机构位置控制的完整数学模型。在液压系统设计过程中完成了主要元器件选型和设计计算,结合数学模型利用MATLAB/Simulink软件完成仿真,仿真后得到能够反映液压系统的动态特性曲线,验证了液压系统的可行性。
【关键词】：三自由度 动力学 运动学 位置控制 液压系统
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137;P731.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的来源和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.3 论文的主要研究内容16-17
• 第2章 海浪的基本理论17-27
• 2.1 海浪的统计特性17-20
• 2.2 海浪谱密度20-21
• 2.2.1 Neumann谱20
• 2.2.2 PIERSON-MOSKOWITZE谱(P-M谱)20-21
• 2.2.3 ITTC双参数谱21
• 2.2.4 JONSWAP谱21
• 2.2.5 文氏谱21
• 2.3 随机海浪的实时仿真21-27
• 2.3.1 海浪公式的化简22
• 2.3.2 仿真步骤22-23
• 2.3.3 仿真设置23-25
• 2.3.4 仿真结果25-27
• 第3章 海浪运动模拟平台的机构分析27-45
• 3.1 垂荡机构的运动学分析27-30
• 3.1.1 垂荡机构参数设定28-29
• 3.1.2 速度分析29-30
• 3.2 垂荡机构的动力学分析30-34
• 3.2.1 模型的构建30-32
• 3.2.2 动力学仿真32-33
• 3.2.3 动力学仿真结果分析33-34
• 3.3 纵摇横摇机构的运动学分析34-38
• 3.3.1 纵摇横摇机构的运动学反解表达式35-37
• 3.3.2 纵摇横摇机构的运动学正解表达式37-38
• 3.4 纵摇横摇机构的动力学分析38-45
• 3.4.1 纵摇横摇机构受力分析39-40
• 3.4.2 液压缸的作用力和力矩40-42
• 3.4.3 动力学数学模型42-45
• 第4章 三维建模和运动仿真45-53
• 4.1 海浪平台三维建模45
• 4.2 海浪平台零部件的三维造型过程45-47
• 4.3 海浪平台的装配47-49
• 4.4 运动仿真49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 液压系统的设计53-79
• 5.1 系统主要设计参数54-55
• 5.2 液压控制系统数学模型55-65
• 5.2.1 对称阀控非对称液压缸动力机构的基本方程56-61
• 5.2.2 对称阀控非对称液压缸动力机构的传递函数61-63
• 5.2.3 对称阀控非对称液压缸动力机构传递函数的简化形式63-64
• 5.2.4 对称阀控非对称缸液压位置控制系统方框图64-65
• 5.3 液压系统主要元器件选型65-70
• 5.3.1 供油压力66
• 5.3.2 液压缸的设计选型66-67
• 5.3.3 伺服阀的选型67-68
• 5.3.4 液压泵的选择68
• 5.3.5 电机的选择68
• 5.3.6 磁致伸缩线性位移传感器68-70
• 5.4 液压辅件的选择70-71
• 5.4.1 蓄能器70
• 5.4.2 过滤器70-71
• 5.4.3 液压油71
• 5.5 液压系统性能分析71-77
• 5.5.1 MATLAB/Simulink仿真71-72
• 5.5.2 系统性能的衡量指标72-73
• 5.5.3 稳定性分析与阶跃响应73-77
• 5.6 本章小结77-79
• 第6章 结论与展望79-81
• 6.1 结论79
• 6.2 展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85

【参考文献】

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本文编号：525492