基于VxWorks的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有剛性大、承載能力強(qiáng)、累積誤差小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在于飛行模擬、汽車(chē)制造、船舶以及航空航天等領(lǐng)域。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)作為六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，已成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)。為了使六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)能及時(shí)、精準(zhǔn)地模擬各種飛行狀態(tài)，本文研究了基于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)。
　　本文首先對(duì)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行詳細(xì)研究，主要針對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位置反解和位置正解進(jìn)行分析。首先建立了動(dòng)坐標(biāo)系和靜坐標(biāo)系之間

2、轉(zhuǎn)換的齊次坐標(biāo)變換陣，然后推導(dǎo)出位置反解的解析解，并在運(yùn)動(dòng)學(xué)反解基礎(chǔ)上推導(dǎo)出基于牛頓-泰勒數(shù)值迭代的位置正解算法，此方法收斂速度快，易于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。
　　其次，在控制策略上采用基于運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的復(fù)合PID控制器對(duì)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)單缸伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。首先給出液壓缸數(shù)學(xué)模型，然后基于該模型進(jìn)行PID控制器的設(shè)計(jì)；針對(duì)液壓控制系統(tǒng)阻尼比較低的問(wèn)題，在PID控制基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了動(dòng)壓反饋校正環(huán)節(jié)來(lái)提高控制系統(tǒng)阻尼和穩(wěn)定性；針對(duì)控制系統(tǒng)帶寬小

3、的缺點(diǎn)，在動(dòng)壓反饋基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)提高控制系統(tǒng)的帶寬和動(dòng)態(tài)性能。經(jīng)過(guò)MATLAB控制仿真，設(shè)計(jì)的控制器滿足要求。
　　最后，基于VxWorks設(shè)計(jì)了一個(gè)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，并分別對(duì)各模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比與驗(yàn)證。首先設(shè)計(jì)了整個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)框架，對(duì)各任務(wù)安排、系統(tǒng)定時(shí)機(jī)機(jī)制及系統(tǒng)時(shí)間、任務(wù)間的數(shù)據(jù)交互分別進(jìn)行設(shè)計(jì)；然后在VxWorks上實(shí)現(xiàn)了基于 PCI/ISA總線的AD/DA數(shù)字板卡驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)，并對(duì)其精度和實(shí)時(shí)性進(jìn)行