兩自由度傾角實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制研究.pdf

1、本文通過(guò)結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用中的需求，研究變速箱在模擬路況下的溫度平衡點(diǎn)以及油漏情況的搖擺試驗(yàn)臺(tái)。在研究國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀中發(fā)現(xiàn)，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)搖擺臺(tái)發(fā)展歷程隨著搖擺臺(tái)的精度、控制方式、剛度、穩(wěn)定性和承載能力要求越來(lái)越高，針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究不斷深入。在空間機(jī)構(gòu)學(xué)中引入旋量的概念，解決了空間機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分析和綜合問(wèn)題。
　　1.在3-UPU搖擺臺(tái)的基礎(chǔ)上，上平臺(tái)的中心增加了固定支撐。為實(shí)現(xiàn)傾角實(shí)驗(yàn)臺(tái)上平臺(tái)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向

2、的自由度，在上平臺(tái)和支座之間有一虎克鉸鏈。這種結(jié)構(gòu)使中心處的支撐承擔(dān)了上平臺(tái)的重量，電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)力只和上平臺(tái)重心相對(duì)于虎克鉸的旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的重力矩有關(guān)。在上平臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心和固定平臺(tái)中心分別建立動(dòng)坐標(biāo)系和固定坐標(biāo)系，平臺(tái)的上下鉸接點(diǎn)分別在動(dòng)坐標(biāo)系和固定坐標(biāo)系中以坐標(biāo)的形式表示，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別進(jìn)行自由度計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析包括位置正解和位置反解。搖擺臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分析正解即已知支鏈中推桿的伸縮長(zhǎng)度求解上平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中

3、的擺角；反解就是已知上平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中的擺角求解支鏈中各推桿的伸縮長(zhǎng)度，得到擺角與電動(dòng)缸行程的數(shù)學(xué)表達(dá)式。已知搖擺臺(tái)擺角范圍的情況下，通過(guò)Matlab計(jì)算出電動(dòng)缸的行程范圍，為下一步的選型和仿真提供參數(shù)依據(jù)。
　　2.根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的性能要求對(duì)兩自由度傾角實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用Pro/E對(duì)機(jī)構(gòu)三維實(shí)體建模后，在要求的工作區(qū)間內(nèi)，檢查機(jī)構(gòu)是否產(chǎn)生干涉及運(yùn)動(dòng)的合理性，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；在 ADAMS中定義約束類(lèi)型、連接方式、驅(qū)動(dòng)函數(shù)類(lèi)型后，

4、在后處理模塊中分析電動(dòng)缸的位移變化、驅(qū)動(dòng)力的變化和電動(dòng)缸的速度變化規(guī)律。仿真得到的結(jié)果，電動(dòng)缸的行程變化情況與運(yùn)動(dòng)分析的結(jié)果一致，在復(fù)合工況下的電動(dòng)缸的位移行程最大；由于上平臺(tái)上安裝有變速箱和電機(jī)，變速箱、電機(jī)的質(zhì)量與安裝位置直接影響著電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)力，電機(jī)和變速箱型號(hào)確定，質(zhì)量就確定，只有通過(guò)改變它們?cè)谄脚_(tái)上的安裝位置，盡可能的使其重心位置與平臺(tái)中心靠近，并通過(guò)減小他們的安裝高度，來(lái)達(dá)到減小它們產(chǎn)生的重力矩而減小驅(qū)動(dòng)力的目的。最后驅(qū)動(dòng)力

5、的最大值也是在復(fù)合工況下產(chǎn)生的。
　　3.在對(duì)控制方案的設(shè)計(jì)時(shí)，為提高結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，本文中的兩自由度搖臺(tái)選擇了冗余驅(qū)動(dòng)的方式，控制難度增加。由于電動(dòng)缸在搖擺臺(tái)工作中的位移和速度變化不是一個(gè)線性對(duì)稱(chēng)的規(guī)律，橫搖、縱搖與復(fù)合搖擺工況下三個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸的位移和速度變化各不相同。控制方案選擇了可編程邏輯程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC），通過(guò)外部脈沖位置控制模式（PTI）和扭矩控制模式(