六自由度并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、六自由度并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)是海上補(bǔ)給的關(guān)鍵裝備，主要用于海上集裝箱堆垛和魚雷導(dǎo)彈裝填等需要精確定位的補(bǔ)給作業(yè)中，能夠控制貨物的位置和姿態(tài)，并且消除海浪引起的艦船運(yùn)動(dòng)對海上補(bǔ)給的影響。目前國內(nèi)外對六自由度并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的研究比較少，相關(guān)技術(shù)還不成熟，尤其是并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制缺乏理論支撐。立足這一現(xiàn)狀，本文探索研究了并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制中的若干關(guān)鍵問題，研究成果可用于指導(dǎo)并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的研制。
　　并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)

2、實(shí)際上是具有動(dòng)基座的繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)方面，本文從并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和功能要求出發(fā)，制定了繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上，分別研究了力旋量可行工作空間求解、無奇異的繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動(dòng)基座繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的抗擺和振動(dòng)特性等問題。在控制方面，針對并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)控制面臨的參數(shù)不確定和未知干擾等問題，研究了滑?？刂品椒ā⒇?fù)載慣性參數(shù)辨識(shí)方法以及張力分布優(yōu)化算法。
　　論文主要的研究內(nèi)容包括：
　　1）提出了基

3、于繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度波浪補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，分析了該方案的相對運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償原理和擺動(dòng)消除原理，在理論上證明了該方案能夠完全補(bǔ)償兩艦船之間的六自由度相對運(yùn)動(dòng)并且能夠消除貨物擺動(dòng)。提出了繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)要求，為下文的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　2）針對現(xiàn)有的繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間求解方法的缺陷，提出了一種基于邊界搜索的力旋量可行工作空間求解方法。該方法利用高維空間投影來驗(yàn)證單個(gè)位姿的力旋量可行條件，通過深度優(yōu)先搜索算法尋找工作空間邊

4、界，不僅能得到工作空間的直觀表達(dá)，而且顯著減小了計(jì)算量。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例分析了力旋量可行工作空間與構(gòu)型參數(shù)之間的關(guān)系，為構(gòu)型參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　3）分析了繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異類型和特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了構(gòu)型奇異和位形奇異的消除方法。提出了一種奇異性驗(yàn)證方法，通過區(qū)間估計(jì)和分支修剪算法來驗(yàn)證指定的工作空間中是否存在奇異，為避免奇異位形開辟了新的路徑。
　　4）針對基座運(yùn)動(dòng)引起的擺動(dòng)和振動(dòng)，研究了消擺和抑振的方法。為了衡量

5、機(jī)構(gòu)的抗擺能力，提出了抗擺工作空間的概念和初始繩間力優(yōu)化方法，分析了抗擺能力與構(gòu)型參數(shù)間的關(guān)系，為提高機(jī)構(gòu)的抗擺能力指明了方向，并通過縮比機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些結(jié)論。推導(dǎo)了繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)振動(dòng)方程，分析了固有頻率及其影響因素，研究了避免共振的方法。
　　5）并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)控制面臨的主要問題是不確定參數(shù)和未知干擾。為了解決這些問題，提出了帶有邊界層的滑?？刂品椒ê拓?fù)載慣性參數(shù)辨識(shí)方法。針對具有冗余構(gòu)型的繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，研究了基于交互投影