三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析與控制策略研究.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)防和軍事工業(yè)的發(fā)展，迫切需要打破國(guó)外的技術(shù)壟斷、提高自行武器火控系統(tǒng)測(cè)試水準(zhǔn)，研制自己的自行武器火控系統(tǒng)實(shí)車道路模擬設(shè)備提到日程上來(lái)。本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所承接的科研項(xiàng)目“自行武器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?zāi)M設(shè)備”為背景，對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、精度及控制策略進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是典型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的變體，它用三條作動(dòng)器和三條支撐桿代替Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的六條

2、作動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。先建立三條支撐桿的約束方程，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的解析解，然后在參考Stewart機(jī)構(gòu)正解算法的基礎(chǔ)上給出三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解算法。針對(duì)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的支撐桿約束方程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出該機(jī)構(gòu)特有的一種收斂快、精度高的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解算法。利用運(yùn)動(dòng)學(xué)反解和正解算法，對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間和附加平動(dòng)等進(jìn)行研究，全面揭示該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。
　　在動(dòng)力學(xué)研究中，先將三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成單剛體，采用牛

3、頓-歐拉方程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，利用所建的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)該機(jī)構(gòu)在典型運(yùn)動(dòng)下支撐桿和作動(dòng)器的受力進(jìn)行分析。將并聯(lián)機(jī)構(gòu)的作動(dòng)器和支撐桿等效成彈簧，推導(dǎo)系統(tǒng)的廣義剛度矩陣，根據(jù)凱恩方程原理對(duì)支撐桿和作動(dòng)器的慣性進(jìn)行建模，進(jìn)而推導(dǎo)出三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的的廣義質(zhì)量矩陣和固有頻率方程，并對(duì)該機(jī)構(gòu)的固有頻率特性進(jìn)行研究，為分析該三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性特供了依據(jù)。
　　在精度研究中，將三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制造、裝配以及作動(dòng)器的控制誤差歸納成42個(gè)

4、誤差源，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解方程建立系統(tǒng)的誤差模型，并對(duì)系統(tǒng)的誤差分布規(guī)律進(jìn)行仿真分析。為提高三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜態(tài)精度，提出了一種精度綜合的方法。該方法先用靈敏度來(lái)描述各項(xiàng)誤差對(duì)系統(tǒng)精度的影響，根據(jù)靈敏度的大小將誤差源的允許公差分為兩個(gè)等級(jí)，通過(guò)逐步提高各誤差源的精度等級(jí)的方法使系統(tǒng)的精度滿足要求。以上研究提高系統(tǒng)的精度提供了重要的參考依據(jù)。
　　在控制策略研究中先給出作動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)空間PID控制、動(dòng)壓