微振動(dòng)環(huán)境下Stewart平臺(tái)系統(tǒng)研究.pdf

1、Stewart平臺(tái)是由美國(guó)學(xué)者Stewart設(shè)計(jì)六自由度飛行模擬器，其原理是通過控制作動(dòng)桿的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)兩平臺(tái)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，各作動(dòng)桿軸向力可以實(shí)現(xiàn)六個(gè)方向上的減振控制和跟蹤控制。Stewart平臺(tái)是應(yīng)用在航天器中的理想隔減振控制和姿態(tài)控制裝置，具有剛度大，承載能力大和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外越來越多的專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，并已取得一些成果。但是在對(duì)航天器儀器設(shè)備激勵(lì)源、Stewart平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、Stewart平臺(tái)的姿態(tài)控制和振動(dòng)控

2、制和作動(dòng)桿的設(shè)計(jì)方面存在許多問題，有待進(jìn)一步解決完善。
　　 本文以研究Stewart平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、作動(dòng)桿的構(gòu)造設(shè)計(jì)及軌跡跟蹤控制系統(tǒng)和隔減振控制系統(tǒng)的建立為主要目的。對(duì)國(guó)內(nèi)外的最新研究進(jìn)展、Stewart平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、作動(dòng)桿的設(shè)計(jì)與分析、動(dòng)力學(xué)模型的建立、工程應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行了理論研究。本文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　 1.提出基于經(jīng)典線性穩(wěn)態(tài)模型的反作用輪干擾力隨機(jī)波的模擬方

3、法，采用修正傅里葉變換法進(jìn)行反作用輪對(duì)應(yīng)的各個(gè)轉(zhuǎn)速的時(shí)程波的模擬，得到了符合微振動(dòng)幅值小的干擾力時(shí)程波，作為評(píng)估Stewart平臺(tái)的激勵(lì)源。
　　 2.基于遺傳算法對(duì)Stewart平臺(tái)的幾何尺寸進(jìn)行優(yōu)化，獲得最優(yōu)的靈巧度指標(biāo)，使得Stewart平臺(tái)能夠根據(jù)航天器在軌運(yùn)行期間的工作位姿需求以最優(yōu)的穩(wěn)定指標(biāo)在規(guī)定的跟蹤時(shí)間內(nèi)定位，達(dá)到較好的姿態(tài)控制的效果，結(jié)果表明適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定指標(biāo)可保證Stewart平臺(tái)良好的工作性能。
　　

4、3.根據(jù)航天器的實(shí)際情況和振動(dòng)控制策略，提出了主被動(dòng)一體化的控制策略，設(shè)計(jì)了主動(dòng)部份與被動(dòng)部份串聯(lián)的作動(dòng)桿，其中主動(dòng)部分采用壓電陶瓷和音圈電機(jī)，具有粗調(diào)和微調(diào)功能的雙驅(qū)動(dòng)桿可以達(dá)到快速精確的定位效果，由于音圈電機(jī)的可調(diào)節(jié)量較大，Stewart平臺(tái)還可用于姿態(tài)控制;被動(dòng)部分采用粘彈性材料，能夠使Stewart平臺(tái)始終處于有效工作狀態(tài)。
　　 4.分別基于壓電陶瓷作動(dòng)器和音圈電機(jī)作動(dòng)器的力學(xué)模型，根據(jù)基爾霍夫原理和牛頓力學(xué)原理建立了

5、受控系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，通過解耦分析分別建立了PID控制器對(duì)作動(dòng)桿進(jìn)行軌跡跟蹤控制分析，結(jié)果表明此控制器能夠較好地對(duì)Stewart平臺(tái)進(jìn)行姿態(tài)控制，滿足航天器儀器設(shè)備工作需求。
　　 5.采用基于線性二次型最優(yōu)控制的LQR主動(dòng)控制算法，用Matlab編制作動(dòng)桿的時(shí)程響應(yīng)程序，分析作動(dòng)桿在反作用輪各個(gè)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的干擾力激勵(lì)下的響應(yīng)，數(shù)值分析結(jié)果表明此控制系統(tǒng)能夠充分利用雙驅(qū)動(dòng)桿的可調(diào)特性和耗能特性，有效地減小系統(tǒng)的微振動(dòng)響應(yīng)。