巨型柔性Stewart平台解空间、工作空间的研究及悬索张力的优化分析

针对大型射电天文望远镜馈源系统的柔索结构及运动要求，提出了巨型柔性Ｓｔｅｗａｒｔ平台的概念。重点论述了柔性悬索的虚牵问题并给出了判定准则。定义并分析了巨型柔性Ｓｔｅｗａｒｔ平台解空间，指出解空间不为零是动平台能够到达某一位置并保持应有姿态的充分条件。提出了悬索张力优化的均匀原则。定义了巨型柔性Ｓｔｅｗａｒｔ平台的工作空间并应用馈源舱的非线性静力平衡方程研究了相应的算法。不但使馈源系统实现平稳控制成为可能，而且为高精度的大型射电天文望远镜提供了必要的设计参数。

柔性Stewart平台的动力学建模与控制

根据KED原理建立了柔性支腿Stewart平台的动力学模型。针对该机构为一非线性、慢时变、强耦合、多输入多输出等特点，提出了一种基于优化神经网络结构的PID控制算法来实现大射电望远镜馈源高精度轨迹跟踪。理论分析和仿真结果表明，该控制算法不仅能满足馈源轨迹跟踪高精度要求，而且具有较强的鲁棒性。

巨型柔性Stewart平台解空间的研究

本文针对大型射电天文望远镜 FAST中馈源系统的柔索结构及运动要求 ,提出了巨型柔性 Stewart平台的概念 ,并由馈源舱的非线性静平衡方程给出了解空间的定义 .通过计算发现六悬索巨型柔性 Stewart平台的工作空间中存在六个解空间为零的面 ,不能保证馈源舱连续平稳地做空间扫描 .在综合考虑馈源舱运行规律及悬索受力特点的基础上 ,本文通过增加两根向下拉的冗余悬索 ,设计了八悬索巨型柔性 Stewart平台 .计算结果表明八悬索巨型柔性 Stewart平台消除了解空间为零的位置 ,为大型射电天文望远镜 FAST中采用八悬索而不是六悬索巨型柔性

大射电望远镜柔性Stewart平台的动力学分析与控制

根据KED方法建立了柔性支腿Stewart平台的动力学模型。针对该机构为一非线性、强耦合、多输入多输出等特点,提出一种干扰观测器和基于优化神经网络结构的PID控制器(PID-NNC)相结合的控制算法来实现大射电望远镜(LT)馈源高精度轨迹跟踪。这种新方法通过构造干扰观测器来观测柔性Stewart平台的各种干扰,并对观测到的干扰信息进行补偿以抑制干扰对系统的影响,同时采用PID-NNC进行动态解耦控制。理论分析和仿真实验结果表明,该控制算法不仅能满足馈源轨迹跟踪高精度要求,而且具有较强的鲁棒性。

一种大柔性Stewart平台轨迹跟踪控制方法的研究

新一代大射电望远镜(LT)粗调系统是通过6根索长的协调变化驱动馈源舱跟踪射电源的六自由度运动,其工作特点类似Stewart平台,因此被看作大柔性Stewart平台。针对该系统变结构、非线性、大滞后、强耦合等特点,提出一种卡尔曼滤波和基于优化神经网络结构的PID控制器(PID-NNC)相结合的控制算法来实现馈源轨迹跟踪控制。这种新方法通过构造卡尔曼滤波来抑制随机干扰对系统的影响,同时采用PID-NNC来实现馈源舱轨迹跟踪。理论分析和仿真实验表明,该控制算法不仅能满足对轨迹跟踪精度要求,而且具有较强的鲁棒性。

大柔性Stewart平台的刚度研究

大型射电望远镜舱索系统通过六根索长的协调变化驱动馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动,其工作特点类似于Stewart平台,因此被看作大柔性Stewart平台。基于大型射电望远镜舱索系统50m缩比模型,首先分析了悬索的垂跨比与悬索张力、系统基频之间的关系;其次,研究了大柔性Stewart平台零位时的竖向刚度;最后,对舱体在不同位姿处的扭转刚度进行分析。研究工作为变结构悬索系统的振动分析与运动控制奠定了基础。

柔性Stewart平台的动力学建模与仿真

利用模态综合法描述了柔性支腿的变形 ,探讨了建模过程中部件模态集的选取原则及正交化处理技术。在此基础上建立了柔性Stewart平台的动力学模型 ,并仿真分析了支腿柔性对平台系统动力学特性的影响 ,指出工程应用中支腿的柔性影响可忽略不计。

巨型柔性Stewart平台极限工作位置的确定

针对大射电天文望远镜中馈源系统的柔索结构及其运动规律 ,提出了巨型柔性Stewart平台的概念 ,重点论述了柔性悬索虚牵的问题并给出了判定准则 .在此基础上 ,提出了应用馈源舱的非线性静力平衡方程 ,确定巨型柔性Stewart平台工作位置及最大工作角度的算法 .并应用该算法对大射电天文望远镜馈源系统极限工作位置的最大工作角度进行了分析 .不但使该系统实现平稳控制成为可能 。

LT50m模型柔性Stewart平台的运动精度分析

基于刚柔混合多体系统动力学的模态综合法研究了LT50 m模型中精调稳定Stewart平台的动力学问题,计算了支腿弹性变形对Stewart平台定位精度的影响。仿真结果表明,在LT50 m模型中,相对于实验获得的支腿进给误差和Stewart平台固有的加工制造误差对系统定位精度造成的影响,支腿的弹性变形可以忽略不计。

带柔性铰链的Stewart平台特征值的求解

Stewart六自由度平台在许多方面均有重要的应用 ,它的连接部件一般为球铰或万向铰 ,不可避免会产生间隙 ,这在微小位移的应用中是不允许的。因此 ,本文采用了无间隙的柔性铰链作为Stewart六自由度平台的连接部件 ,并推导了带柔性铰链的弹性支杆构成的Stewart平台的动力学方程并编程序求解了特征值问题 ,经ANSYS软件和实验验证 ,计算结果正确 ,表明理论能描述此平台的特性。

柔性支撑Stewart平台动力学建模与轨迹跟踪控制

为了实现FAST(five hundred meter aperture spherical radio telescope)二级精调稳定平台的高精度轨迹跟踪,建立了采用电动缸驱动的Stewart平台完整动力学模型,基于控制律分解法进行了动力学模型的全局反馈线性化,针对基座的外界干扰和机构未建模动态的不利影响,在Stewart平台操作空间设计了基于基座平台加速度前馈的PID控制器。建立了现代机电系统仿真模型,对柔性支撑基座存在干扰情况下Stewart平台的动力学与轨迹跟踪控制问题进行了数值仿真,结果表明所设计的控制系统具有跟踪精度高、动力性能平稳和鲁棒性强的优点。

柔性支撑Stewart平台自适应交互PID隔振控制

为了实现500m口径球面射电望远镜(five hundred meteraperture spherical radio telescope,FAST)二级精调稳定平台对馈源舱隔振控制的定位和指向精度,首先提出了基于并联机构学原理的3维机动目标跟踪预测算法,对柔性支撑Stewart平台的基座运动进行跟踪预测.进而,在Stewart平台关节空间设计了自适应交互PID控制器,引入自适应交互算法解决PID参数的实时调整,以适应柔性支撑Stewart平台的参数变化对不同控制参数的需求.采用现代机电系统仿真策略,对柔性支撑Stewart平台隔振系统的动力学与控制问题进行了仿真,结果表明:与传统的PID控制器相比,自适应交互PID控制器大大改善了隔振效果,完全满足隔振目标的要求.

某超长条结构件柔性工装平台结构设计与实现

针对某超长条结构件加工过程中由于使用传统工装夹具造成的工艺准备时间长、工装数量多、材料浪费严重等问题,开展一种柔性工装平台的研究。该工装平台采用多个可旋转夹臂替代传统夹具进行夹持,在工件外形变化时,可通过更换夹臂长度、按压角度等保持良好夹持效果,满足柔性工装的需求。对该工装平台结构进行设计,对关键参数进行建模和校核,通过样机对工装效果进行验证。结果表明,该工装平台在加工相同工件的情况下,可节省约3%的零件材料,缩短310 min工艺准备时间,同时由于该工装平台采用了新型柔性固持方案,还提高了加工连续性,避免由于工艺变化造成大量的夹具浪费,为超长条结构件的加工提供了一种新的工装固持方案。

基于多目标蚁狮算法的Stewart平台优化设计

针对Stewart平台传统结构优化设计中,存在的设计过程低效、优化方案不全面以及优化结果不直观等问题,在深入分析Stewart平台运动特性的基础上,建立平台的运动学方程,并通过仿真技术求解出平台的可达工作空间以及灵活工作空间。文中将多目标蚁狮(MOALO)算法应用于Stewart平台的结构优化设计,以雅可比矩阵条件数以及可用操作度为优化目标,通过仿真软件得到多组优化解,即帕雷托优化解集;以用作运动模拟器的Stewart平台为例进行具体的优化设计分析,通过对灵活工作空间体积占比的求解,验证了该算法的有效性和可行性。在Stewart平台的结构优化设计中,MOALO算法相较进化遗传算法、多目标粒子群算法等,在多目标优化问题上具有更好的收敛性和覆盖性,更符合实际多目标优化工程设计。

基于ADAMS的Stewart平台运动学分析

针对在Stewart 6自由度并联平台设计中,支腿的运动学及动力学参数理论计算过于复杂的问题,课题组提出了基于ADAMS的Stewart平台反解与正解相结合的分析方法。首先,通过ADAMS反解求得支腿位移参数;然后,将位移参数转换为驱动函数添加在各个支腿上;接着,通过ADAMS正解求解支腿其余运动参数;最后,通过实例对比理论计算与ADAMS分析数据。结果表明:课题组提出方法求得的支腿位移与理论值之差均小于0.01 mm,支腿最大速度及最大加速度与理论值误差均小于2%,从而验证了该分析方法的合理性与科学性。该分析方法为工程中遇到的6自由度平台已知动平台驱动函数求解支腿参数的实际问题提供了一种高效的解决办法。

平面柔性微定位平台的设计分析与优化

为设计具有良好静动态特性的柔性微定位平台,提出了两种基于柔性梁与圆弧形柔性铰链所组成的柔性模块的柔性运动副。首先,基于该运动副设计了新型平面2自由度微定位平台结构;其次,采用柔度矩阵法建立了平台力-位移关系及输出位移的理论模型,基于传递矩阵法建立了平台固有频率与瞬时动力响应的理论模型,并通过有限元仿真验证了理论模型的正确性。理论研究与仿真验证表明,平台具有较高的静动态性能,其输入输出完全解耦,在0.3mm输入位移下丢失运动不超过1.8%;1阶固有频率为320.34 Hz,在0.1 s时间内动力响应与仿真趋势一致。最后,进行了平台静、动态性能的灵敏度分析和参数优化。结果表明,优化后的平台在同样驱动下丢失运动和固有频率分别优化提升了1.95%和43.9%,进一步提升了平台的动态性能。

Stewart平台神经网络非奇异终端滑模控制

针对Stewart平台的六自由度(six degrees of freedom,6-DOF)轨迹跟踪问题,提出一种基于神经网络的非奇异终端滑模控制方法并应用于Stewart平台的位置姿态控制中。通过分析Stewart平台的位置反解和速度反解,建立运动学方程,利用牛顿-欧拉方程建立动力学方程,并结合加速度反解得到了平台的状态空间表达式;基于非奇异滑模面函数,设计非奇异终端滑模控制律。考虑到径向基函数(radial Basis function,RBF)神经网络的逼近特性,采用RBF神经网络对模型未知部分进行自适应逼近,并利用Lyapunov第二法设计了自适应律;通过仿真证明控制器设计的有效性。仿真结果表明,相比于比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器,提出的RBF神经网络非奇异终端滑模控制器具有更好的轨迹跟踪精度和动态特性。

基于Stewart平台的大柔性空间桁架结构振动控制

针对大柔性空间桁架结构的振动主动控制问题,提出一种根部测控一体化方案,即采用CCD相机在桁架根部对桁架振动进行非接触式测量和采用Stewart六杆并联平台固连在柔性桁架根部作为主动设备进行振动控制。采用ADC自适应控制算法,并基于dSPACE实时仿真系统,搭建了振动控制实验平台。使用音圈电机激振器分别作为外扰和内扰,激发柔性桁架的低阶模态,通过视觉测量系统测得振动信号,采用Stewart平台在桁架根部对振动进行抑制。低频外扰谐振实验,桁架振动振幅衰减87.7%;低频内扰谐振实验,桁架振动振幅衰减91.8%。实验结果证明所提出的桁架振动根部测控一体化方案的有效性,尤其适用于空间可展开结构的振动控制。

平台化组织柔性人力资源管理的内涵及测度研究

在数字经济时代背景下,组织平台化转型的趋势对传统的柔性人力资源管理提出了新的挑战。目前有关柔性人力资源管理的研究仅聚焦于传统组织,无法体现出组织平台化转型背景下管理边界、管理单元和管理流程等方面的特点。因此本文选取平台化组织中人力资源管理部门负责人作为研究样本,通过扎根理论探讨平台化组织柔性人力资源管理的结构维度,并在此基础上开发并检验测量量表。研究结果表明,平台化组织柔性人力资源管理包括“结构柔性人力资源管理、资源柔性人力资源管理和过程柔性人力资源管理”三个维度,共13个题项。同时,因子分析结果亦表明,本文所开发的量表具有良好的信度和效度。

面向数字孪生的柔性离散事件系统建模与仿真平台设计

针对当前仿真平台难以在具有较高柔性的系统中建立数字孪生模型的问题,提出了面向数字孪生的柔性离散事件系统建模与仿真平台设计方法。该方法首先进行需求层次分析,建立平台设计逻辑模型指导设计,并基于该逻辑模型提出了平台在仿真引擎、柔性孪生模型建模、可视化3个方面的详细设计方法,建立平台总体架构。为实现平台与数字孪生相结合,提出了基于物理实体状态的事件推进机制和面向优化算法的仿真步进迭代机制的数据交互机制。最后,基于该设计方法开发了原型平台NextING,并与商业仿真软件Plant Simulation进行对比测试,通过一个装配流水线实例以及一个移动机器人存取系统实例验证了该方法的有效性。