船舶六自由度運動模擬臺及其控制方法研究.pdf

1、隨著船舶工業(yè)技術的發(fā)展，針對艦船研制以及各種船上設備開發(fā)中需要解決的關鍵技術問題，對實時模擬船舶運動的物理仿真試驗系統(tǒng)進行研究是非常必要的。并聯機構以其特有的大剛度、高精度和高載荷自重比等特點，在機器人、運動模擬器、數控機床等領域得到了廣泛的應用。因此，本文重點針對基于并聯機構的船舶六自由度運動模擬臺的一些關鍵技術以及控制方法等進行了深入的研究。 本文首先闡述了船舶六自由度運動模擬臺的運動學有關概念，針對求解運動學正解的數值法存

2、在著解的精度和收斂問題都依賴于迭代初值的缺點，設計了一種通用性較強的并聯機構運動學正解方法，該方法將改進粒子群優(yōu)化算法和Newton-Raphson數值法相結合，既解決了數值法迭代初值較難選取的問題，又可以獲得較高的求解精度。 機構設計是否合理對于并聯機構的運動學和動力學性能有著較大影響，因此，本文采用平均靈巧度作為衡量船舶六自由度運動模擬臺運動學性能的指標，建立了包含各種約束條件的機構優(yōu)化設計模型。同時，通過對全局搜索、局部搜

3、索和信息素更新規(guī)則等環(huán)節(jié)進行改進，設計了更適用于連續(xù)優(yōu)化問題求解的改進蟻群算法，并采用該算法對船舶六自由度運動模擬臺進行優(yōu)化設計。通過優(yōu)化結果對比，證明了該算法的有效性，也為解決并聯機構設計這一類連續(xù)優(yōu)化問題提供了有實用價值的參考。 從船舶六自由度運動模擬臺的支鏈機構分析入手，建立其結構參數誤差與輸出位姿誤差之間的關系，得出包含全部四十二個結構參數誤差在內的誤差正解模型。仿真結果表明：對于給定的各結構參數誤差，應用此模型可直接得

4、出模擬臺輸出位姿誤差。同時，對船舶六自由度運動模擬臺的精度分析理論進行了研究，建立了合理的結構參數誤差隨機抽樣模型，利用蒙特卡洛模擬方法對位姿誤差的統(tǒng)計特性進行了仿真分析。 對船舶六自由度運動模擬臺的單通道液壓位置伺服系統(tǒng)進行數學建模，并對所采用的對稱閥控非對稱液壓缸的動力機構正反向運動時的壓力和跟蹤特性進行研究。 提出了船舶六自由度運動模擬臺的復合控制方法，采用小腦模型控制器進行整個模擬臺系統(tǒng)的同步控制，而在單通道液壓

5、系統(tǒng)中設計了基于Fuzzy—PID切換和負載壓力干擾前饋的關節(jié)空間控制器。通過仿真與實驗研究j證明該控制方法既消除了各單通道系統(tǒng)的非對稱特性、變負載、外干擾力等不良影響，又提高了多通道執(zhí)行機構的運動同步性、克服了負載交聯耦合等影響，使船舶六自由度運動模擬臺獲得了理想的運動性能和跟蹤精度。 本文在完成船舶六自由度運動模擬臺系統(tǒng)總體及計算機控制系統(tǒng)設計的基礎上，對所提出的基于同步思想的復合控制策略進行了實驗研究和結果分析。結果表明所