并聯型六自由度運動仿真系統動態(tài)優(yōu)化設計.pdf

1、并聯機構具有剛度大、精度高、承載能力強等特點，已廣泛應用于飛行器半實物仿真試驗。當并聯機構模擬飛行器位姿時，除了要求機構具有較大的工作空間、較好的靈活度和較高的精度等特性外，還要求機構具有較好的運動學和動力學性能。對并聯機構進行結構參數優(yōu)化設計是保證機構具有較高動、靜態(tài)性能的重要手段，有重要的理論意義和工程價值。本文結合并聯機構在飛行器半實物仿真試驗中應用這一實際背景，對六自由度并聯機構速度特性、加速度特性及運動響應能力等動態(tài)特性優(yōu)化問

2、題進行了深入研究，并完成了某型飛行模擬器綜合優(yōu)化設計。
　　根據六自由度并聯機構的特點，建立了并聯機構運動學和動力學模型，在此基礎上，給出了并聯機構動態(tài)指標優(yōu)化研究的廣義數學描述，為后續(xù)研究奠定基礎。
　　針對飛行器半實物仿真要求并聯機構具有較高的速度特性逆向傳遞能力問題，首先，根據機構單桿速度特性，建立了以雅可比矩陣無窮范數全工作空間最小為目標函數的速度特性逆向優(yōu)化模型，給出了機構單自由度運動速度特性逆向優(yōu)化問題的解析解。

3、然后，提出了逆向速度橢球的概念，以雅可比矩陣譜范數全工作空間最小為目標函數，建立了并聯機構六自由度運動速度特性逆向優(yōu)化模型，并完成了相應的優(yōu)化設計。結果表明，基于矩陣譜范數得到的優(yōu)化機構具有更合理的構型、更高的靈活度。
　　針對飛行器半實物仿真要求并聯機構具有較高的加速度特性逆向傳遞能力問題，首先，基于機構的運動學模型，以一、二階影響系數矩陣的廣義奇異值全局最小為目標函數，建立了并聯機構加速度特性逆向優(yōu)化模型；然后，基于機構的動力

4、學模型，以連桿驅動力全局最小為目標函數，完成了并聯機構加速度特性的逆向優(yōu)化設計，并解決了影響系數矩陣優(yōu)化模型計算復雜、優(yōu)化效率低的問題。
　　針對飛行器半實物仿真要求并聯機構具有較好的運動響應能力問題，提出了基于非線性靜態(tài)系統的廣義輸出頻率響應函數對并聯機構進行優(yōu)化研究的方法，分別對并聯機構縱向運動和特定二自由度運動的位置正解進行Volterra級數展開，分析了單入單出系統和二入二出系統的廣義輸出頻率響應特性，根據系統能量傳遞特性

5、可由輸出幅頻函數完全描述的特點，建立了并聯機構頻率特性優(yōu)化問題的數學描述，并給出了優(yōu)化問題的解析解。
　　結合某型六自由度飛行模擬器優(yōu)化設計問題，綜合考慮速度特性和加速度特性逆向優(yōu)化指標，建立了飛行模擬器多目標優(yōu)化設計的數學模型，采用改進的非支配排序遺傳算法對多目標優(yōu)化問題進行求解，在得到最優(yōu)Pareto前沿解的基礎上，根據妥協指標函數，在最優(yōu)Pareto前沿上進行二次優(yōu)化，得到了優(yōu)化設計的妥協解。研究結果表明，基于多目標優(yōu)化得到