六自由度位姿平台机构分析与运动控制策略研究
发布时间：2021-08-11 16:29
随着经济社会的发展,国防工业对具有运动范围大、调整速度快、控制精度高、承载能力强的运动模拟设备或者调整设备提出了更高的要求。本文以北京航天控制仪器研究所承担的国家重点研发计划中的用于航空重力仪的车载位姿平台研制课题为依托,对六自由度位姿平台的运动学、动力学、控制策略、精度测量及误差机理进行了理论分析、计算机仿真和相关的实验研究。在运动学分析中,首先根据上平台与各个作动器之间的约束关系,建立了六自由度位姿平台运动学反解数学模型,通过仿真实验验证了运动学反解模型的正确性,并根据模型建立了运动学反解GUI程序。接着针对传统六自由度位姿平台正解中存在的求解难度大、精度低、初值选取难的缺陷,提出了一种利用SOA搜索算法进行牛顿迭代初值补偿的运动学正解方法,构建了相应的仿真模型并给出了计算实例。最后在研制的六自由度位姿平台样机上进行实验,结果表明该算法具有较高的收敛精度和稳定性,为后续设计控制策略奠定了基础。在动力学分析中,首先利用Sim Mechanics模块构建了六自由度位姿平台虚拟样机,定义了上下平台和六个作动器的结构参数和相应的刚体约束关系,然后针对三维模型进行了极限位姿干涉分析和静力学分...
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源及研究的意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 六自由度平台概述
1.2.1 六自由度位姿平台的结构和特点
1.2.2 六自由度平台的发展与应用
1.2.3 六自由度平台国内外研究现状
1.3 主要研究内容和技术路线
2 运动学分析与仿真研究
2.1 引言
2.2 位姿平台系统描述
2.3 运动学反解分析与仿真研究
2.3.1 六自由度位姿平台坐标系的建立
2.3.2 六自由度位姿平台坐标变换
2.3.3 运动学反解模型
2.3.4 运动学反解仿真分析
2.4 运动学正解分析与仿真研究
2.4.1 运动学正解数学模型
2.4.2 基于SOA-牛顿迭代的位姿平台正解算法
2.4.3 SOA-牛顿迭代正解算法仿真分析
2.4.4 SOA-牛顿迭代正解的实验验证
2.5 本章小结
3 位姿平台建模与仿真分析
3.1 引言
3.2 六自由度位姿平台三维模型构建
3.2.1 SimMechanics模块简介
3.2.2 位姿平台三维物理模型的构建
3.2.3 极限工况下三维模型合理性分析
3.3 驱动系统建模
3.3.1 电动缸缸体数学模型
3.3.2 永磁同步电机数学模型
3.3.3 驱动系统控制策略
3.4 位姿平台整体仿真模型
3.5 本章小结
4 控制策略研究
4.1 引言
4.2 基于铰点空间的控制策略
4.2.1 基本原理
4.2.2 前馈PD控制器设计
4.2.3 仿真分析
4.3 基于工作空间的控制策略
4.3.1 基本原理
4.3.2 自适应滑模控制器设计
4.3.3 仿真分析
4.4 六自由度位姿平台双层控制策略
4.4.1 双层控制器设计
4.4.2 仿真实验
4.5 本章小结
5 位姿平台控制系统设计与实验研究
5.1 引言
5.2 位姿平台控制系统总体设计
5.2.1 位姿平台功能需求
5.2.2 位姿平台硬件系统
5.2.3 位姿平台软件系统
5.3 六自由度位姿平台精度测量及误差分析
5.3.1 静态精度测量
5.3.2 动态精度测量
5.3.3 误差分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于人群搜索算法的自抗扰控制器参数优化[J]. 周志刚,马永光,董子健,高志存. 热力发电. 2018(09)
[2]一种六自由度并联机构的动力学模型[J]. 王宗平,赵登峰,曾国英. 机械设计与制造. 2018(S1)
[3]步进电机驱动六自由度并联运动平台设计[J]. 潘光绪,贾光政,边颖聪,刘旭,陈佳丽. 机电工程. 2017(10)
[4]Stewart平台的SimMechanics仿真[J]. 须颖,徐福红,邵萌. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2017(05)
[5]基于遗传-迭代算法的运动平台位置正解[J]. 弓瑞,汪首坤,黄小天. 液压与气动. 2016(08)
[6]基于L-M算法的正交Stewart平台位姿正解的初值补偿[J]. 王启明,苏建,张兰,陈秋雨,徐观. 吉林大学学报(工学版). 2017(01)
[7]电动缸性能参数测试系统设计[J]. 杨继东,刘昆,杨中山,车海伟. 重庆大学学报. 2015(04)
[8]六自由度摇摆台动力学建模与分析[J]. 谢国庆,艾艳辉,郭欣欣. 流体传动与控制. 2015(01)
[9]惯组动态测试台误差分析及附加运动补偿算法[J]. 蔡洪,孙文利,马建明. 国防科技大学学报. 2014(05)
[10]六自由度并联微动机器人全闭环控制系统研究[J]. 丰茂. 山东理工大学学报(自然科学版). 2012(01)
博士论文
[1]高速并联机械手高精度控制方法研究[D]. 赵庆.天津大学 2017
[2]飞行模拟器液压Stewart平台奇异位形分析及其解决方法研究[D]. 马建明.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3336501
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源及研究的意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 六自由度平台概述
1.2.1 六自由度位姿平台的结构和特点
1.2.2 六自由度平台的发展与应用
1.2.3 六自由度平台国内外研究现状
1.3 主要研究内容和技术路线
2 运动学分析与仿真研究
2.1 引言
2.2 位姿平台系统描述
2.3 运动学反解分析与仿真研究
2.3.1 六自由度位姿平台坐标系的建立
2.3.2 六自由度位姿平台坐标变换
2.3.3 运动学反解模型
2.3.4 运动学反解仿真分析
2.4 运动学正解分析与仿真研究
2.4.1 运动学正解数学模型
2.4.2 基于SOA-牛顿迭代的位姿平台正解算法
2.4.3 SOA-牛顿迭代正解算法仿真分析
2.4.4 SOA-牛顿迭代正解的实验验证
2.5 本章小结
3 位姿平台建模与仿真分析
3.1 引言
3.2 六自由度位姿平台三维模型构建
3.2.1 SimMechanics模块简介
3.2.2 位姿平台三维物理模型的构建
3.2.3 极限工况下三维模型合理性分析
3.3 驱动系统建模
3.3.1 电动缸缸体数学模型
3.3.2 永磁同步电机数学模型
3.3.3 驱动系统控制策略
3.4 位姿平台整体仿真模型
3.5 本章小结
4 控制策略研究
4.1 引言
4.2 基于铰点空间的控制策略
4.2.1 基本原理
4.2.2 前馈PD控制器设计
4.2.3 仿真分析
4.3 基于工作空间的控制策略
4.3.1 基本原理
4.3.2 自适应滑模控制器设计
4.3.3 仿真分析
4.4 六自由度位姿平台双层控制策略
4.4.1 双层控制器设计
4.4.2 仿真实验
4.5 本章小结
5 位姿平台控制系统设计与实验研究
5.1 引言
5.2 位姿平台控制系统总体设计
5.2.1 位姿平台功能需求
5.2.2 位姿平台硬件系统
5.2.3 位姿平台软件系统
5.3 六自由度位姿平台精度测量及误差分析
5.3.1 静态精度测量
5.3.2 动态精度测量
5.3.3 误差分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于人群搜索算法的自抗扰控制器参数优化[J]. 周志刚,马永光,董子健,高志存. 热力发电. 2018(09)
[2]一种六自由度并联机构的动力学模型[J]. 王宗平,赵登峰,曾国英. 机械设计与制造. 2018(S1)
[3]步进电机驱动六自由度并联运动平台设计[J]. 潘光绪,贾光政,边颖聪,刘旭,陈佳丽. 机电工程. 2017(10)
[4]Stewart平台的SimMechanics仿真[J]. 须颖,徐福红,邵萌. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2017(05)
[5]基于遗传-迭代算法的运动平台位置正解[J]. 弓瑞,汪首坤,黄小天. 液压与气动. 2016(08)
[6]基于L-M算法的正交Stewart平台位姿正解的初值补偿[J]. 王启明,苏建,张兰,陈秋雨,徐观. 吉林大学学报(工学版). 2017(01)
[7]电动缸性能参数测试系统设计[J]. 杨继东,刘昆,杨中山,车海伟. 重庆大学学报. 2015(04)
[8]六自由度摇摆台动力学建模与分析[J]. 谢国庆,艾艳辉,郭欣欣. 流体传动与控制. 2015(01)
[9]惯组动态测试台误差分析及附加运动补偿算法[J]. 蔡洪,孙文利,马建明. 国防科技大学学报. 2014(05)
[10]六自由度并联微动机器人全闭环控制系统研究[J]. 丰茂. 山东理工大学学报(自然科学版). 2012(01)
博士论文
[1]高速并联机械手高精度控制方法研究[D]. 赵庆.天津大学 2017
[2]飞行模拟器液压Stewart平台奇异位形分析及其解决方法研究[D]. 马建明.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3336501
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3336501.html
