超大型天線艙索結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析與控制.pdf

1、超大型天線艙索結(jié)構(gòu)，即新一代大射電望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)系統(tǒng)是通過六根柔索的協(xié)調(diào)變化使饋源艙作跟蹤射電源的六自由度運動，其工作特點類似并聯(lián)機(jī)器人，因此被看作柔索(并聯(lián))機(jī)器人。柔索機(jī)器人是80年代發(fā)展起來的新型機(jī)器人，經(jīng)過廣泛研究現(xiàn)已形成比較完整的體系，并且形式多種多樣。柔索機(jī)器人采用柔索代替連桿作為機(jī)器人的驅(qū)動元件。它結(jié)合了并聯(lián)結(jié)構(gòu)和柔索驅(qū)動的優(yōu)點，既具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)高剛度、高精度、高負(fù)載能力的優(yōu)點，又具有柔索機(jī)構(gòu)低重量的優(yōu)點，同時，由于沒有鉸鏈副轉(zhuǎn)

2、角的限制，加大了工作空間。本文將以LT5m柔索機(jī)器人為例，研究其動力學(xué)特性及控制策略。 在對柔索機(jī)器人進(jìn)行運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，采用拉格朗日方程建立了柔索機(jī)器人系統(tǒng)的動力學(xué)模型，解決了已知饋源艙運動軌跡，求柔索驅(qū)動力的動力學(xué)逆問題。針對LT5m縮比實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計方案進(jìn)行了動力學(xué)仿真。分析結(jié)果表明該動力學(xué)建模是合理的，為實現(xiàn)大射電望遠(yuǎn)鏡饋源指向跟蹤系統(tǒng)軌跡跟蹤控制奠定了基礎(chǔ)。 針對該柔索機(jī)器人強(qiáng)非線性、大滯后、多輸入多輸出、

3、多變量耦合以及受到外擾等特點，采用分散控制策略實現(xiàn)柔索機(jī)器人軌跡跟蹤控制。在柔索機(jī)器人每個柔索子系統(tǒng)設(shè)計了基于干擾觀測器的雙模糊控制器。該控制方法通過構(gòu)造干擾觀測器來觀測柔索機(jī)器人的各種干擾，并根據(jù)觀測到的干擾信息進(jìn)行補(bǔ)償以抑制干擾對系統(tǒng)的影響；同時引入帶有比例積分校正環(huán)節(jié)的雙模糊控制器來實現(xiàn)饋源艙軌跡跟蹤，并通過調(diào)整因子來優(yōu)化控制規(guī)則。理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果表明，該控制方法不僅能滿足對軌跡跟蹤精度的要求，而且控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。