车载精密仪器Stewart减振平台的性能分析及参数优化

发布时间：2020-06-02 03:35

【摘要】：车辆在行驶过程中,受到路况及车况的影响,会产生复杂且多自由度的振动。这些振动对于车载精密仪器形成了宽频的六自由度激励。一些车载精密仪器诸如军工武器装备,医疗级别的显微镜或者光学设备等需要在极为稳定的工况下才能保持正常运作。为解决车况及路况激励对这些精密仪器的影响,本文将六自由度并联Gough-Stewart平台的结构用作减振平台的设计,以实现在较宽频域范围内的六自由度激励振动衰减。本文首先对Stewart六自由度并联机构进行运动学的性质的理论分析。先利用空间坐标变换的相关知识及旋转坐标转换原理对此机构进行空间坐标系的建模。然后针对并联机构在空间运动学的研究中的难点,即运动学求解尤其是运动学正解的求解方案进行详细的研究。为解决运动学正解求解计算中存在多个高度非线性公式而无法用普通数值计算方法求解的难点,本文提出了一种将多目标遗传算法与最小二乘原理结合的一种算法应用到运动学正解求解中。根据实际算例求解的情况来看,对于一组杆长值进行十次反复验证计算结果的均方根值误差均低于0.1;最小可达0.011。因此认为本文设计的运动学正解求解算法求解速度快且求解精度高,是一种有效可行的求解方法。本文同时也介绍了运动学研究中空间奇异位姿问题以及最大工作空间的影响因素,并利用Gosslin几何法对算例中平台的工作空间进行求解。其次,对空间六自由度并联机构动力学求解的方法进行了研究。牛顿欧拉法一直以来是求解并联机构中的常用方法,但此法求解冗余繁杂,难于运用到实际的算法设计中。本文提出将虚功原理运用到六自由度并联机构的动力学求解中,并设计了算例来验证此解法的正确性以及可行性。此种解法逻辑清晰且易于在计算机上实现。同时,针对本论文将并联机构用于隔振平台的设计的特殊性,本文利用拉格朗日原理建立了弹簧阻尼模型的隔振平台的动力学方程,作为此隔振平台的设计理论依据。然后,利用Solidworks和ADAMS建立了此隔振平台的虚拟样机模型。为验证建立的虚拟样机模型的准确性及可靠性,本文设计了运动学及动力学的仿真实验来对模型进行验证,以确保此虚拟样机的仿真性质结果对实际物理样机的性质设计具有准确的参考意义。为设计隔振平台的半主动隔振系统,确定主要研究重点为隔振系统性质参数的最优化设计。本文利用拉丁超立方抽样结合层次分析法分别进行单目标参数优化的尝试以及多目标参数全面优化设计。对仿真结果进行定量分析可以得出,最终的设计方案对于本文设计的虚拟样机在六个自由度方向的振动衰减程度分别[92.53%,87.47%,94.70%,87.61%,89.63%,61.2%]。本文对Stewart并联机构的运动学正解、动力学求解等理论难点提出相应的解算方案。同时设计虚拟样机模型,其仿真结果对物理样机的设计有着直观且精确的参考价值,使得在物理样机设计过程中能极大节省经费及实验时间。同时对隔振平台提出半主动隔振系统参数优化方案,此隔振平台的设计能使车载精密仪器的工作状况得到改善。
【图文】：

美国空军,隔振器,柔性,实验室

以正扔不难有为了研发如图杆由个加振动圈电器的正常工作，数不成熟，尤其有成熟的解法美国欧洲等了保证航天设发，并取得了图 1-7 所示，由弹簧和音圈加速度计。此动。华盛顿大电机作为作动的作用下对于数据可靠性其 Stewart法，因此控等在 20 世纪设备所载的了一些成果他们设计圈电机并联此隔振平台大学[33]采用动器，如图于六个自由性存疑。二是平台本身结控制策略难以纪 80 年代开的精密仪器正果。美国喷气计相邻两个支联构成，为测台用于隔离来用 LQR 控制1-8 所示。由度的方向上第一章绪是主动控制结构复杂，，以设计。开始，对航正常使用，气推进实验支杆互相垂测量上、下来源于航天制策略设计在实验中上均能达到绪论制的作动器结运动学快速航空航天事业在隔振平台验室[32]设计了垂直的结构，下平台的加速天器工作时的计主动柔性隔，对于 5-20到 20-25dB 的结构复杂，速正解以及业发展加大台的设计上了一种柔性此结构刚速度数据，的低温冷却隔振平台，0Hz 频带宽的振动衰减控制策略算及动力学建模大了探索力度上投入了大量性主动隔振平刚性好。其驱一共安装了却剂等等带来采用大位移宽的激励，控减量。算法模扔度。量的平台驱动了 12来的移音控制

调谐装置,隔振平台

全文的基本文以在多研究内容大力学的相关建模以及运隔振效果的用欧拉角算法解决动学雅克空间进行用虚功原导进行编基本思路多自由度隔大致分为三关计算问题运动性能仿的定量分析角公式对 St决并联机构克比矩阵对行解算。原理对 Stew编程，验证图 1-9 加路与技术路隔振平台领域三个部分：一题的推导与算仿真实验；三析。具体的行tewart 平台构正运动学求对于模型的奇wart 平台动动力学解算加装调谐装置路线域中应用最一是对 Stew算法实现；三是基于虚行文内容及台进行空间机求解的难点奇异性和工动力学进行推算结果的有置的隔振平台最为广泛的wart 平台本二是基于虚虚拟样机模型及思路为：机构建模以点。分析运动工作空间的影推导解算，效性。利用台Stewart 平台本身结构的虚拟样机的型的隔振参以及逆运动学动学对于建影响等，对 S并在 Matl用拉格朗日原台为研究对的正逆运动学的对 Stewar参数的最优化学推导，利用建模的意义，Stewart 平台lab 上基于公原理对 Ste对象学rt 化用，台公w
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6

【参考文献】