并聯4TPS-1PS型電動穩(wěn)定跟蹤平臺的特性及控制研究.pdf

1、艦船在航行過程中，由于受到風浪等環(huán)境條件的影響，會產生橫搖、縱搖、艏搖和升沉等運動，并且各種裝備通常與艦船固連在一起，這些運動將造成裝備指向的改變。穩(wěn)定跟蹤平臺用于隔離艦船的運動并實現高性能跟蹤運動，具有重大戰(zhàn)略意義?，F有研究都是針對采用串聯結構的小負載穩(wěn)定跟蹤平臺進行，本文首次系統(tǒng)深入地研究并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺，從原理、特性、優(yōu)化和控制等方面進行，主要內容如下： 第一章，在查閱國內外相關研究文獻的基礎上，綜述了現有穩(wěn)定跟蹤平臺的

2、結構形式和應用現狀，簡要介紹了并聯機構的特點及應用，總結了并聯機構的構型、工作空間、性能指標、尺度優(yōu)化和控制策略等方面的研究現狀，闡述了本課題的相關研究背景及意義，提出主要研究工作。 第二章，建立并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺的運動學和動力學模型。首先介紹了并聯型穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的構成，設計出新型4TPS-1PS并聯平臺結構。建立了考慮電、機、氣特性的穩(wěn)定跟蹤平臺單支鏈模型。推導出并聯型穩(wěn)定跟蹤控制指令求解公式，建立平臺的運動學模型，提出一種實

3、時解析正解和一種基于Newton-Raphson方法的數值正解方法。建立靜基座平臺動力學模型，分析了動、靜基座平臺動力學模型的相同點與不同點，得到動基座動力學模型，仿真分析了載體擾動對各缸作用力的影響。 第三章，對并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺的工作特性進行研究。對平臺執(zhí)行機構—伺服電動缸特有的氣阻特性進行仿真分析，繪制伺服電動缸的速度-輸出力特性曲線。闡述完全可達工作空間概念，采用完全可達轉動工作空間評價4TPS-1PS并聯平臺的工作空間

4、。利用幾何方法分析平臺的理論極限轉角，并提出完全可達轉動空間的快速求解方法，計算得到平臺樣機的完全可達轉動工作空間。提出平臺速度、輸出力的快速求解方法。分析得出并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺的工作空間具有范圍大且對稱的特點，其輸出速度和廣義力具有幅值大且隨位姿變化小的優(yōu)點。 第四章，研究并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺的性能指標和尺度優(yōu)化。推導出加權全局條件數、平臺裝機功率等性能指標的表達式，分析了各性能指標與結構參數的關系。以并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺裝機功率

5、作為直接優(yōu)化目標，以其他性能指標為約束條件，采用遺傳算法對平臺進行優(yōu)化，仿真表明，以此指標優(yōu)化的平臺結構可以較大幅度地降低裝機功率，并且滿足其他性能指標要求。 第五章，對并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺的控制策略進行研究。首先對準閉環(huán)PID控制進行了探討分析；然后提出一種位姿大閉環(huán)控制策略，將平臺作為一個整體，直接對平臺的位姿進行閉環(huán)控制，不對單個缸進行位置閉環(huán)控制。利用滑模變結構理論設計位姿大閉環(huán)魯棒控制器。仿真結果表明該控制策略基本消除了

6、各缸動態(tài)性能不一致引起的耦合誤差，實現了各缸間的精確協同。針對穩(wěn)定跟蹤的特點和需求，引入計算擾動力補償改進控制策略。仿真結果表明該控制策略有效消除了載體擾動和外部干擾及動力學模型誤差的影響，可獲得較高的穩(wěn)定隔離度和穩(wěn)定跟蹤控制精度，魯棒性好。 第六章，穩(wěn)定跟蹤控制實驗研究。建立了并聯型穩(wěn)定跟蹤平臺實驗裝置，設計了控制系統(tǒng)的硬件和軟件。利用并聯六自由度電液伺服平臺模擬艦船運動，在實驗室內進行穩(wěn)定跟蹤控制實驗。進行了平臺的功能性實驗