兩自由度傾角實驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制研究.pdf

1、本文通過結(jié)合工程實際應(yīng)用中的需求，研究變速箱在模擬路況下的溫度平衡點以及油漏情況的搖擺試驗臺。在研究國內(nèi)外發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀中發(fā)現(xiàn)，少自由度并聯(lián)機構(gòu)搖擺臺發(fā)展歷程隨著搖擺臺的精度、控制方式、剛度、穩(wěn)定性和承載能力要求越來越高，針對并聯(lián)機構(gòu)的研究不斷深入。在空間機構(gòu)學(xué)中引入旋量的概念，解決了空間機構(gòu)和并聯(lián)機器人機構(gòu)的分析和綜合問題。
　　1.在3-UPU搖擺臺的基礎(chǔ)上，上平臺的中心增加了固定支撐。為實現(xiàn)傾角實驗臺上平臺的兩個旋轉(zhuǎn)方向

2、的自由度，在上平臺和支座之間有一虎克鉸鏈。這種結(jié)構(gòu)使中心處的支撐承擔(dān)了上平臺的重量，電動缸的驅(qū)動力只和上平臺重心相對于虎克鉸的旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的重力矩有關(guān)。在上平臺旋轉(zhuǎn)中心和固定平臺中心分別建立動坐標(biāo)系和固定坐標(biāo)系，平臺的上下鉸接點分別在動坐標(biāo)系和固定坐標(biāo)系中以坐標(biāo)的形式表示，通過建立數(shù)學(xué)模型的方法對實驗臺分別進行自由度計算、運動學(xué)分析。運動學(xué)分析包括位置正解和位置反解。搖擺臺的運動分析正解即已知支鏈中推桿的伸縮長度求解上平臺在空間坐標(biāo)系中

3、的擺角；反解就是已知上平臺在空間坐標(biāo)系中的擺角求解支鏈中各推桿的伸縮長度，得到擺角與電動缸行程的數(shù)學(xué)表達式。已知搖擺臺擺角范圍的情況下，通過Matlab計算出電動缸的行程范圍，為下一步的選型和仿真提供參數(shù)依據(jù)。
　　2.根據(jù)對系統(tǒng)的性能要求對兩自由度傾角實驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用Pro/E對機構(gòu)三維實體建模后，在要求的工作區(qū)間內(nèi)，檢查機構(gòu)是否產(chǎn)生干涉及運動的合理性，并進行優(yōu)化設(shè)計；在 ADAMS中定義約束類型、連接方式、驅(qū)動函數(shù)類型后，

4、在后處理模塊中分析電動缸的位移變化、驅(qū)動力的變化和電動缸的速度變化規(guī)律。仿真得到的結(jié)果，電動缸的行程變化情況與運動分析的結(jié)果一致，在復(fù)合工況下的電動缸的位移行程最大；由于上平臺上安裝有變速箱和電機，變速箱、電機的質(zhì)量與安裝位置直接影響著電動缸的驅(qū)動力，電機和變速箱型號確定，質(zhì)量就確定，只有通過改變它們在平臺上的安裝位置，盡可能的使其重心位置與平臺中心靠近，并通過減小他們的安裝高度，來達到減小它們產(chǎn)生的重力矩而減小驅(qū)動力的目的。最后驅(qū)動力

5、的最大值也是在復(fù)合工況下產(chǎn)生的。
　　3.在對控制方案的設(shè)計時，為提高結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，本文中的兩自由度搖臺選擇了冗余驅(qū)動的方式，控制難度增加。由于電動缸在搖擺臺工作中的位移和速度變化不是一個線性對稱的規(guī)律，橫搖、縱搖與復(fù)合搖擺工況下三個驅(qū)動電動缸的位移和速度變化各不相同?？刂品桨高x擇了可編程邏輯程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC），通過外部脈沖位置控制模式（PTI）和扭矩控制模式(