六自由度運動仿真平臺模態(tài)空間解耦控制研究.pdf

1、液壓驅動六自由度運動臺因其顯著的特點，已被廣泛應用于空間飛行器的運動模擬。然而，由于強運動學和動力學耦合，通過控制的方式來發(fā)掘六自由度運動臺應用的所有潛能仍未完全實現(xiàn)。一般來說，鉸點空間控制將每個關節(jié)軸視為線性單輸入/單輸出系統(tǒng)，動態(tài)耦合處理為干擾信號。對于強耦合剛體系統(tǒng)，如果這種動態(tài)耦合不能充分補償，將會在很大程度上削弱系統(tǒng)的控制性能。
　　針對這些耦合問題,需要提出一種有效的控制策略來補償耦合的影響。好的解耦控制策略不僅要求算

2、法簡單、控制參數(shù)可獨立調節(jié)，還可以補償耦合影響，提高系統(tǒng)頻寬。本文的研究重點集中在液壓驅動6-DOF運動模擬器的耦合影響分析和基于耦合補償技術的控制方法。
　　為了研究耦合的影響及其特點,對液壓驅動六自由度運動仿真平臺的耦合特性進行了分析和討論。本文的分析方法是基于鉸點空間廣義逆質量矩陣的奇異值分解算法，利用奇異分解正交矩陣各列中元素項來量化模態(tài)空間和物理空間的耦合程度。耦合的理論分析結果與仿真和試驗結果具有很好的一致性。因此，本

3、文提出的耦合分析方法是有效的。
　　通過分析，闡明了耦合影響與頻率之間的關系。6自由度運動仿真平臺的動力學耦合影響隨頻率的增加而增加。在低頻區(qū)域,耦合影響很小,隨著頻率的增加,耦合影響變大，當頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時，耦合影響最大。當運動的頻率繼續(xù)增加時,耦合影響迅速降低。分析結果還表明，在工作空間中，僅升沉和偏航是獨立于其他自由度和可單獨調節(jié)的。
　　本文建立了用于作動器之間耦合影響分析的仿真模型。為便于分析，將作動器分成

4、偶數(shù)和奇數(shù)作動器。從仿真結果看,耦合在偶數(shù)作動器和奇數(shù)作動器之間更嚴重一些。
　　由于傳統(tǒng)鉸點空間控制器在六自由度運動仿真平臺控制中處理耦合問題時，存在局限性。本文提出了一種新穎的模態(tài)空間解耦控制策略。該方法將強耦合六輸入六輸出動力學系統(tǒng)轉化為具有六個獨立的單輸入單輸出（SISO）的單自由度液壓驅動機械系統(tǒng)。該方法映射出從鉸點空間到解耦模態(tài)空間的控制和反饋變量，其優(yōu)越性在于幾乎每個自由度都可以單獨控制調節(jié)，并實現(xiàn)頻寬的拓展。

5、>　　本文提出的控制策略允許采用與單自由度系統(tǒng)控制器設計的相同的方法來設計復雜系統(tǒng)控制器。通過對每個解耦自由度進行獨立的閉環(huán)控制設計，可以有效地降低工作空間運動的耦合影響。與傳統(tǒng) PID控制器比較表明，模態(tài)空間解耦控制器幾乎在所有方面均具有更好的控制性能。
　　本文的主要研究了六自由度運動仿真平臺耦合特性和耦合補償控制方法。本文的研究結論可以為結構設計人員提供設計的理論指導，在六自由度機構設計的初始階段進行耦合影響評估，實現(xiàn)結構最