三軸搖擺臺動力學(xué)仿真與復(fù)合控制研究.pdf

1、三軸搖擺臺是模擬船舶橫搖、縱搖和艏搖運(yùn)動的實驗設(shè)備,它為導(dǎo)航設(shè)備的研制提供運(yùn)動模擬和精度測試條件,其性能直接影響試驗準(zhǔn)確度。所以,開發(fā)和研制高性能的搖擺臺設(shè)備,將具有重要意義。
　　 本文以為某單位研制的船舶運(yùn)動模擬搖擺臺為背景,對三軸搖擺臺機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行了如下研究:首先,根據(jù)三軸搖擺臺系統(tǒng)的性能指標(biāo),對搖擺臺系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方案進(jìn)行了設(shè)計,主要包括搖擺臺虛擬樣機(jī)的建模和結(jié)構(gòu)分析,伺服控制系統(tǒng)組成元件的選型,并對三軸搖擺臺的精

2、度進(jìn)行了分析。其次,由于三軸搖擺臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),搖擺臺三個框架間的動力學(xué)耦合是影響搖擺臺性能的一個重要因素,因此,對動力學(xué)耦合問題進(jìn)行了深入的理論研究,建立了動力學(xué)耦合數(shù)學(xué)模型。并在理論分析的基礎(chǔ)上,通過動力學(xué)仿真對三個框架間耦合影響的程度進(jìn)行了研究。為了抑制耦合干擾對搖擺臺系統(tǒng)性能的影響,根據(jù)系統(tǒng)魯棒性補(bǔ)償?shù)乃枷?提出了動態(tài)解耦魯棒補(bǔ)償控制器的設(shè)計方法。最后,為提高三軸搖擺臺伺服控制系統(tǒng)的性能,以位置-速度-電流反饋三環(huán)控制為基礎(chǔ),引入

3、了動態(tài)解耦魯棒補(bǔ)償控制器環(huán)節(jié)和輸入信號的微分前饋環(huán)節(jié),組成復(fù)合控制系統(tǒng)。通過機(jī)電聯(lián)合仿真的方法,對位置-速度-電流反饋三環(huán)控制策略和復(fù)合控制策略的控制性能進(jìn)行了仿真研究;同時,對采用復(fù)合控制策略的實際三軸搖擺臺系統(tǒng)進(jìn)行了試驗。
　　 通過對仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的對比分析,三軸搖擺臺復(fù)合控制策略能夠更有效地抑制耦合干擾的影響,拓寬系統(tǒng)的頻帶,增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤性能和穩(wěn)態(tài)性能得到提高,證明了動態(tài)解耦魯棒補(bǔ)償控制器和復(fù)合控