并聯(lián)4TPS-1PS型電動穩(wěn)定跟蹤平臺的特性及控制研究.pdf

1、艦船在航行過程中，由于受到風(fēng)浪等環(huán)境條件的影響，會產(chǎn)生橫搖、縱搖、艏搖和升沉等運動，并且各種裝備通常與艦船固連在一起，這些運動將造成裝備指向的改變。穩(wěn)定跟蹤平臺用于隔離艦船的運動并實現(xiàn)高性能跟蹤運動，具有重大戰(zhàn)略意義?，F(xiàn)有研究都是針對采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的小負(fù)載穩(wěn)定跟蹤平臺進(jìn)行，本文首次系統(tǒng)深入地研究并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺，從原理、特性、優(yōu)化和控制等方面進(jìn)行，主要內(nèi)容如下： 第一章，在查閱國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了現(xiàn)有穩(wěn)定跟蹤平臺的

2、結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用現(xiàn)狀，簡要介紹了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點及應(yīng)用，總結(jié)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型、工作空間、性能指標(biāo)、尺度優(yōu)化和控制策略等方面的研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的相關(guān)研究背景及意義，提出主要研究工作。 第二章，建立并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺的運動學(xué)和動力學(xué)模型。首先介紹了并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的構(gòu)成，設(shè)計出新型4TPS-1PS并聯(lián)平臺結(jié)構(gòu)。建立了考慮電、機(jī)、氣特性的穩(wěn)定跟蹤平臺單支鏈模型。推導(dǎo)出并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤控制指令求解公式，建立平臺的運動學(xué)模型，提出一種實

3、時解析正解和一種基于Newton-Raphson方法的數(shù)值正解方法。建立靜基座平臺動力學(xué)模型，分析了動、靜基座平臺動力學(xué)模型的相同點與不同點，得到動基座動力學(xué)模型，仿真分析了載體擾動對各缸作用力的影響。 第三章，對并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺的工作特性進(jìn)行研究。對平臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)—伺服電動缸特有的氣阻特性進(jìn)行仿真分析，繪制伺服電動缸的速度-輸出力特性曲線。闡述完全可達(dá)工作空間概念，采用完全可達(dá)轉(zhuǎn)動工作空間評價4TPS-1PS并聯(lián)平臺的工作空間

4、。利用幾何方法分析平臺的理論極限轉(zhuǎn)角，并提出完全可達(dá)轉(zhuǎn)動空間的快速求解方法，計算得到平臺樣機(jī)的完全可達(dá)轉(zhuǎn)動工作空間。提出平臺速度、輸出力的快速求解方法。分析得出并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺的工作空間具有范圍大且對稱的特點，其輸出速度和廣義力具有幅值大且隨位姿變化小的優(yōu)點。 第四章，研究并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺的性能指標(biāo)和尺度優(yōu)化。推導(dǎo)出加權(quán)全局條件數(shù)、平臺裝機(jī)功率等性能指標(biāo)的表達(dá)式，分析了各性能指標(biāo)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。以并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺裝機(jī)功率

5、作為直接優(yōu)化目標(biāo)，以其他性能指標(biāo)為約束條件，采用遺傳算法對平臺進(jìn)行優(yōu)化，仿真表明，以此指標(biāo)優(yōu)化的平臺結(jié)構(gòu)可以較大幅度地降低裝機(jī)功率，并且滿足其他性能指標(biāo)要求。 第五章，對并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺的控制策略進(jìn)行研究。首先對準(zhǔn)閉環(huán)PID控制進(jìn)行了探討分析；然后提出一種位姿大閉環(huán)控制策略，將平臺作為一個整體，直接對平臺的位姿進(jìn)行閉環(huán)控制，不對單個缸進(jìn)行位置閉環(huán)控制。利用滑模變結(jié)構(gòu)理論設(shè)計位姿大閉環(huán)魯棒控制器。仿真結(jié)果表明該控制策略基本消除了

6、各缸動態(tài)性能不一致引起的耦合誤差，實現(xiàn)了各缸間的精確協(xié)同。針對穩(wěn)定跟蹤的特點和需求，引入計算擾動力補(bǔ)償改進(jìn)控制策略。仿真結(jié)果表明該控制策略有效消除了載體擾動和外部干擾及動力學(xué)模型誤差的影響，可獲得較高的穩(wěn)定隔離度和穩(wěn)定跟蹤控制精度，魯棒性好。 第六章，穩(wěn)定跟蹤控制實驗研究。建立了并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺實驗裝置，設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件和軟件。利用并聯(lián)六自由度電液伺服平臺模擬艦船運動，在實驗室內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤控制實驗。進(jìn)行了平臺的功能性實驗