六自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)模態(tài)空間解耦控制研究.pdf

1、液壓驅(qū)動(dòng)六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái)因其顯著的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于空間飛行器的運(yùn)動(dòng)模擬。然而，由于強(qiáng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)耦合，通過(guò)控制的方式來(lái)發(fā)掘六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái)應(yīng)用的所有潛能仍未完全實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，鉸點(diǎn)空間控制將每個(gè)關(guān)節(jié)軸視為線性單輸入/單輸出系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)耦合處理為干擾信號(hào)。對(duì)于強(qiáng)耦合剛體系統(tǒng)，如果這種動(dòng)態(tài)耦合不能充分補(bǔ)償，將會(huì)在很大程度上削弱系統(tǒng)的控制性能。
　　針對(duì)這些耦合問(wèn)題,需要提出一種有效的控制策略來(lái)補(bǔ)償耦合的影響。好的解耦控制策略不僅要求算

2、法簡(jiǎn)單、控制參數(shù)可獨(dú)立調(diào)節(jié)，還可以補(bǔ)償耦合影響，提高系統(tǒng)頻寬。本文的研究重點(diǎn)集中在液壓驅(qū)動(dòng)6-DOF運(yùn)動(dòng)模擬器的耦合影響分析和基于耦合補(bǔ)償技術(shù)的控制方法。
　　為了研究耦合的影響及其特點(diǎn),對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)六自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)的耦合特性進(jìn)行了分析和討論。本文的分析方法是基于鉸點(diǎn)空間廣義逆質(zhì)量矩陣的奇異值分解算法，利用奇異分解正交矩陣各列中元素項(xiàng)來(lái)量化模態(tài)空間和物理空間的耦合程度。耦合的理論分析結(jié)果與仿真和試驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。因此，本

3、文提出的耦合分析方法是有效的。
　　通過(guò)分析，闡明了耦合影響與頻率之間的關(guān)系。6自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)耦合影響隨頻率的增加而增加。在低頻區(qū)域,耦合影響很小,隨著頻率的增加,耦合影響變大，當(dāng)頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，耦合影響最大。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的頻率繼續(xù)增加時(shí),耦合影響迅速降低。分析結(jié)果還表明，在工作空間中，僅升沉和偏航是獨(dú)立于其他自由度和可單獨(dú)調(diào)節(jié)的。
　　本文建立了用于作動(dòng)器之間耦合影響分析的仿真模型。為便于分析，將作動(dòng)器分成

4、偶數(shù)和奇數(shù)作動(dòng)器。從仿真結(jié)果看,耦合在偶數(shù)作動(dòng)器和奇數(shù)作動(dòng)器之間更嚴(yán)重一些。
　　由于傳統(tǒng)鉸點(diǎn)空間控制器在六自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)控制中處理耦合問(wèn)題時(shí)，存在局限性。本文提出了一種新穎的模態(tài)空間解耦控制策略。該方法將強(qiáng)耦合六輸入六輸出動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為具有六個(gè)獨(dú)立的單輸入單輸出（SISO）的單自由度液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)。該方法映射出從鉸點(diǎn)空間到解耦模態(tài)空間的控制和反饋?zhàn)兞浚鋬?yōu)越性在于幾乎每個(gè)自由度都可以單獨(dú)控制調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)頻寬的拓展。

5、>　　本文提出的控制策略允許采用與單自由度系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)的相同的方法來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)控制器。通過(guò)對(duì)每個(gè)解耦自由度進(jìn)行獨(dú)立的閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，可以有效地降低工作空間運(yùn)動(dòng)的耦合影響。與傳統(tǒng) PID控制器比較表明，模態(tài)空間解耦控制器幾乎在所有方面均具有更好的控制性能。
　　本文的主要研究了六自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)耦合特性和耦合補(bǔ)償控制方法。本文的研究結(jié)論可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo)，在六自由度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段進(jìn)行耦合影響評(píng)估，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最