微振動環(huán)境下Stewart平臺系統(tǒng)研究.pdf

1、Stewart平臺是由美國學(xué)者Stewart設(shè)計(jì)六自由度飛行模擬器，其原理是通過控制作動桿的伸長或縮短實(shí)現(xiàn)兩平臺間的相對運(yùn)動，各作動桿軸向力可以實(shí)現(xiàn)六個(gè)方向上的減振控制和跟蹤控制。Stewart平臺是應(yīng)用在航天器中的理想隔減振控制和姿態(tài)控制裝置，具有剛度大，承載能力大和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外越來越多的專家學(xué)者對其進(jìn)行了研究，并已取得一些成果。但是在對航天器儀器設(shè)備激勵(lì)源、Stewart平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、Stewart平臺的姿態(tài)控制和振動控

2、制和作動桿的設(shè)計(jì)方面存在許多問題，有待進(jìn)一步解決完善。
　　 本文以研究Stewart平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、作動桿的構(gòu)造設(shè)計(jì)及軌跡跟蹤控制系統(tǒng)和隔減振控制系統(tǒng)的建立為主要目的。對國內(nèi)外的最新研究進(jìn)展、Stewart平臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、作動桿的設(shè)計(jì)與分析、動力學(xué)模型的建立、工程應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行了理論研究。本文的研究內(nèi)容及結(jié)論主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　 1.提出基于經(jīng)典線性穩(wěn)態(tài)模型的反作用輪干擾力隨機(jī)波的模擬方

3、法，采用修正傅里葉變換法進(jìn)行反作用輪對應(yīng)的各個(gè)轉(zhuǎn)速的時(shí)程波的模擬，得到了符合微振動幅值小的干擾力時(shí)程波，作為評估Stewart平臺的激勵(lì)源。
　　 2.基于遺傳算法對Stewart平臺的幾何尺寸進(jìn)行優(yōu)化，獲得最優(yōu)的靈巧度指標(biāo)，使得Stewart平臺能夠根據(jù)航天器在軌運(yùn)行期間的工作位姿需求以最優(yōu)的穩(wěn)定指標(biāo)在規(guī)定的跟蹤時(shí)間內(nèi)定位，達(dá)到較好的姿態(tài)控制的效果，結(jié)果表明適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定指標(biāo)可保證Stewart平臺良好的工作性能。
　　

4、3.根據(jù)航天器的實(shí)際情況和振動控制策略，提出了主被動一體化的控制策略，設(shè)計(jì)了主動部份與被動部份串聯(lián)的作動桿，其中主動部分采用壓電陶瓷和音圈電機(jī)，具有粗調(diào)和微調(diào)功能的雙驅(qū)動桿可以達(dá)到快速精確的定位效果，由于音圈電機(jī)的可調(diào)節(jié)量較大，Stewart平臺還可用于姿態(tài)控制;被動部分采用粘彈性材料，能夠使Stewart平臺始終處于有效工作狀態(tài)。
　　 4.分別基于壓電陶瓷作動器和音圈電機(jī)作動器的力學(xué)模型，根據(jù)基爾霍夫原理和牛頓力學(xué)原理建立了

5、受控系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，通過解耦分析分別建立了PID控制器對作動桿進(jìn)行軌跡跟蹤控制分析，結(jié)果表明此控制器能夠較好地對Stewart平臺進(jìn)行姿態(tài)控制，滿足航天器儀器設(shè)備工作需求。
　　 5.采用基于線性二次型最優(yōu)控制的LQR主動控制算法，用Matlab編制作動桿的時(shí)程響應(yīng)程序，分析作動桿在反作用輪各個(gè)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的干擾力激勵(lì)下的響應(yīng)，數(shù)值分析結(jié)果表明此控制系統(tǒng)能夠充分利用雙驅(qū)動桿的可調(diào)特性和耗能特性，有效地減小系統(tǒng)的微振動響應(yīng)。