電液伺服并聯(lián)六自由度艦船運動模擬器軌跡跟蹤控制及其應用研究.pdf

1、艦船運動模擬器以其優(yōu)越的可控性、無破壞性、經(jīng)濟性、可靠性等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。電液伺服并聯(lián)六自由度機構作為艦船運動模擬器的驅動機構，具有位置精度高、承載能力強等優(yōu)點。軌跡跟蹤性能是并聯(lián)六自由度機構的重要性能指標之一，隨著應用的需要，人們對軌跡跟蹤性能的要求越來越高。然而，并聯(lián)六自由度機構本身是一個多輸入多輸出強耦合非線性系統(tǒng)，且與電液伺服系統(tǒng)的非線性因素互相耦合，這對電液伺服并聯(lián)六自由度機構的高精度控制提出了挑戰(zhàn)。另一方面，在艦船運

2、動模擬器運行時，常常會受到來自外界的不確定干擾，這也給系統(tǒng)的控制帶來了難度。本論文以電液伺服并聯(lián)六自由度機構作為研究對象，采取理論分析、建模仿真與實驗相結合的方法，系統(tǒng)地研究了不確定干擾下電液伺服并聯(lián)六自由度機構的軌跡跟蹤控制方法，并將其應用到艦船裝備動態(tài)環(huán)境模擬研究中。主要研究內容如下：
　　 第一章，介紹了課題來源及背景，在查閱國內外文獻的基礎上，介紹了艦船運動模擬器的研究情況。對并聯(lián)六自由度機構的研究情況特別是并聯(lián)六自由度

3、機構控制技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了綜述，并提出了目前并聯(lián)六自由度機構控制需要解決的幾個問題。根據(jù)課題的研究目標，提出了本課題的主要研究內容。
　　 第二章，對并聯(lián)六自由度機構進行了數(shù)學建模，給出了并聯(lián)六自由度機構的運動學和動力學模型。在此基礎上，提出一種基于關節(jié)力傳感器的并聯(lián)六自由度機構結構參數(shù)標定方法。仿真和實驗均證明，該方法對并聯(lián)六自由度機構的精度有明顯的改進，為實現(xiàn)系統(tǒng)的高精度控制提供了條件。
　　 第三章，對

4、并聯(lián)六自由度機構存在的不確定干擾進行分析，提出一種利用關節(jié)力傳感器獲取不確定干擾信息的方法，從而將并聯(lián)六自由度機構分解成各自獨立的關節(jié)進行控制。給出了關節(jié)電液伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型，并推導了關節(jié)魯棒自適應控制器。仿真和實驗證明該方法對不確定外干擾具有明顯的抑制作用。
　　 第四章，提出了基于關節(jié)空間干擾觀測器的并聯(lián)六自由度機構級聯(lián)控制方法，將非線性干擾觀測器、滑?？刂破骱图壜?lián)控制方法相結合用于電液伺服并聯(lián)六自由度機構的控制。通過利用

5、關節(jié)干擾觀測器代替關節(jié)力傳感器以獲取不確定干擾信息，減少了成本。采用級聯(lián)控制方法將液壓驅動器非線性動態(tài)引入控制器設計?？刂破鳛閮拳h(huán)和外環(huán)級聯(lián)結構，內環(huán)采用反饋線性化理論進行設計，外環(huán)采用滑模控制方法。仿真和實驗表明，在不額外增加傳感器的情況下，該方法能有效克服外干擾的影響。
　　 第五章，對基于關節(jié)空間干擾觀測器的并聯(lián)六自由度機構協(xié)同控制方法進行了研究。定義了并聯(lián)六自由度機構同步誤差，并設計協(xié)同控制器使得關節(jié)誤差與同步誤差均漸進

6、收斂，從而使得整個系統(tǒng)各關節(jié)協(xié)同運動。該方法解決了并聯(lián)六自由度機構基于關節(jié)空間控制方法各關節(jié)控制器無法協(xié)同工作的問題。仿真和實驗表明，該方法在保證各關節(jié)控制性能的同時，能有效提高系統(tǒng)協(xié)同性。
　　 第六章，對并聯(lián)六自由度機構基于工作空間的控制方法進行了研究。利用并聯(lián)六自由度機構的運動學正解作為工作空間的反饋信號設計控制器。考慮到一般滑?？刂坪妥赃m應控制的不足，定義綜合干擾概念，并通過設計自適應干擾觀測器消除綜合干擾．利用反步法（

7、Backstepping）推導出控制器。仿真和實驗表明，綜合干擾觀測器能有效補償系統(tǒng)不確定干擾，控制性能較好。
　　 第七章，提出一種頻域/時域雙環(huán)的并聯(lián)六自由度機構多自由度功率譜復現(xiàn)的方法。此方法分為時域內環(huán)和頻域外環(huán)，其中時域內環(huán)采用本論文前述的電液位置伺服控制方法，頻域外環(huán)將目標功率譜信號轉換為時域驅動信號。該方法不需要安裝加速度傳感器，僅利用艦船運動模擬器本身的關節(jié)位移傳感器即可進行六自由度的功率譜復現(xiàn)。