低速风洞绳牵引并联支撑系统的机构与模型姿态控制方案设计

首先介绍作为风洞试验中新型'软式'支撑系统的绳牵引并联支撑系统;其次,在给定的设计要求下,依据缩比模型所需运动,探讨绳牵引并联支撑系统的设计原理,并提出详细的设计步骤,得到了一个8根绳牵引的RRPM:WDPSS-8,使缩比为1∶40的F-15E模型可实现的俯仰角达-79°～71°、滚转角达-90°～90°、偏航角达-38°～39°;最后,在建立系统的动力学模型的基础上,采用基于绳长关节空间的驱动力矩控制器的位置控制方案来进行缩比模型的姿态控制,并用Lyapunov函数证明缩比模型在该控制规则下的运动稳定性.

低速风洞绳牵引并联支撑系统的运动学参数标定

提出一种用两个倾角计且基于逐次逼近算法对风洞绳牵引并联支撑系统WDPSS-8的运动学参数进行标定的方法,利用该方法对WDPSS-8的49个主要运动学参数进行了辨识,通过计算机仿真对辨识结果进行了验证,从而为提高WDPSS-8的缩比模型的姿态角精度奠定了理论基础。

FAST馈源舱绳牵引并联支撑系统的机构设计

在不考虑驱动系统功率大小的限制和机构的组成要素满足一定理想条件下,以舱体实现2个转动自由度和3个平动自由度为前提,从绳牵引并联机构学的角度出发,为500 m口径球面大射电望远镜(FAST)的馈源支撑寻找可行的机构类型.结果表明,6根绳牵引的6自由度的不完全约束定位机构(IRPM)、6自由度的完全约束定位机构(CRPM),以及6自由度的过约束定位机构(RRPM)都是可选的机构类型,但各自要解决的关键技术并不相同.

基于ADAMS的绳牵引并联支撑系统动力学建模

为了实现对低速风洞强迫振荡试验绳牵引并联支撑系统的精确控制,需要建立精确的动力学模型,分析系统的振动特性,避免共振。首先,提出适合低速风洞绳牵引并联支撑系统的线性弹簧理论,应用动力学分析软件ADAMS搭建动力学三维模型;其次,通过对系统进行振动分析,得到系统固有频率满足强迫振荡试验要求的弹簧参数;然后,对系统进行受迫振动分析,结果表明系统符合振动规律,验证了系统建模的正确性;最后,将每根绳索离散为10段线性单元,并对系统进行模态分析,发现离散前后系统的固有频率值相近似,且满足强迫振荡试验要求,说明采用线性弹簧理论建立绳索动力学模型是可行的,为了简化建模,无需将绳索离散化。

基于刚度优化的绳牵引并联支撑系统力/位混合控制

针对应用于风洞试验的八绳牵引并联支撑系统高性能运动控制问题,开展绳索张力实时优化与力/位混合控制技术研究。基于动态试验需求和系统刚度矩阵,选择主刚度加权和最大为目标函数,将其转化为线性规划问题,采用二维凸多边形张力可行域顶点法进行实时求解,并根据绳索张力变化约束进一步提出连续可行域,确保解的连续性,实现其优化分布,设计一种基于电机转角和绳索张力反馈的力/位混合控制策略,其中位姿控制环采用计算力矩法,并利用实际绳索张力补偿惯性力和非线性力等,进而开展稳定性分析。以风洞试验中典型的推力模拟、俯仰振荡等线位移和角运动轨迹为例,在原理样机上开展控制验证实验。研究结果表明该控制策略能够实现对末端飞行器模型位姿和绳索张力的有效跟踪,且具有较高的精度和良好的稳定性,可以为绳牵引并联支撑在风洞动态试验中的应用提供技术支持。