Stewart六自由度实验平台的测试与分析

基于Stewart六自由度平台设计而成的动感座椅,可以模拟最佳动作效果的各种空间运动姿态,使观众在观看电影或玩游戏时具有更好的代入感和互动体验。为了检测Stewart六自由度实验平台能否为实现特定的动感效果提供硬件保障,首先对其进行了单轴测试,分别测量了其静止和运动时的位置和速度;然后运用MATLAB得到相应的实际曲线,并与理论曲线进行对比分析,从而得出平台运动控制误差的大小;最后,将控制精度需求和误差分析结果进行对比,即可判定是否能为实现特定的动感效果提供硬件保障。

六自由度并联平台模糊PI控制研究

为了提高六自由度并联平台的精度和解决快速响应等问题,采用了模糊自适应PI控制的控制算法。在PID控制的基础上增加模糊算法来改进控制程序。建立六自由度并联平台的运动学模型以及机械系统控制模型,使用Matlab中Simulink模块建立了模糊PI控制器控制框图并与导入ADAMS中的六自由度并联平台模型进行联合仿真,对其中一根伸缩杆的运动进行仿真实验。仿真结果表明,加入模糊算法的PI控制相较于传统的PID算法提高了系统的动态响应速度,减少了超调量约40%,其响应时间减少了约31%。与加入模糊算法的P控制对比,系统超调量和响应时间也有所减少。

基于Amesim对六自由度平台系统仿真

研究六自由度平台系统仿真是基于实际需求,基于一型六自由度平台,对六自由度平台6个油缸控制系统及液压系统进行分析、计算和设计,确认其油缸及液压系统元件参数,应用仿真软件Amesim建立起重机仿真模型,对控制系统及液压系统联合仿真。分析其运动跟随、响应速度等,为以后六自由度平台的伺服阀及蓄能器补偿选型提供理论依据。最终提供一种能补偿风浪、洋流等复杂海洋环境造成的复杂运动的具有补偿技术能力的六自由度平台,保证海上人员转运、海上补给和精密设备转运等的安全性。

考虑执行器饱和与量化的六自由度气浮平台协作控制

针对六自由度气浮平台的协作控制问题,提出了一种考虑执行器饱和与量化的固定时间控制方法。首先,基于图论和对偶四元数理论建立了多个六自由度气浮平台的通信拓扑关系和位姿耦合数学模型。其次,基于增加幂次积分器方法,设计了一种六自由度气浮平台的固定时间协作控制算法,使系统能够在一个与初始状态无关的有限时间内收敛。在不引入额外的辅助或观测系统的前提下,补偿了执行器引入的输入饱和与量化的非线性特性。最后,数字仿真实验证明了所提出的理论成果的可行性与优越性。相比传统的渐进收敛的控制器,所设计的控制器收敛精度提升了86.86%,响应速度提升了23.69%。

基于压电陶瓷的并联六自由度平台的位姿控制模型与验证

针对传统电机驱动的小型Stewart平台无法达到纳米级定位的问题,设计了一种基于压电陶瓷的并联六自由度平台。该平台采用球副连接、对称分布及单层结构的设计,起到提升小型Stewart平台的定位精度的目的。通过分析并联六自由度平台定位原理,构建了6个自由度的位姿控制模型。通过仿真软件进行有限元分析,同时,在实体样机上进行实验分析,验证位姿控制模型的正确性。分析结果显示:并联六自由度平台沿X、Y和Z方向的行程均为-13.48~13.99μm,沿U、V方向的行程均为-616.59~639.17μrad,沿W方向的行程为-406.02~391.68μrad。目标位移与实验结果的最大误差为3.71%,验证了位姿控制模型的正确性。

六自由度并联平台的鲁棒自适应PD控制算法

在建立六自由度并联平台动力学模型的基础上,采用鲁棒自适应PD算法补偿平台动力学不确定性以进行平台轨迹跟踪仿真。首先利用Matlab-SimMechanics搭建并联平台可视化仿真模型以实时显示并联平台轨迹控制,其次根据Lagrang和Newton-Euler法建立作动器和并联机构上平台的动力学模型。最后利用Simulink搭建并联平台完整仿真模型,从而验证鲁棒自适应PD算法的平台运动轨迹跟踪性能。从仿真结果可认为应用鲁棒自适应PD控制算法的并联机构,可以实现对输入信号的有效跟踪,具有广泛的应用价值。

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

六自由度平台车辆运动模拟器变输入洗出算法

为提高六自由度平台车辆模拟器模拟真实车辆运动感觉的逼真度,结合经典洗出算法提出一种变输入洗出算法.根据模拟器运动空间,对经典洗出算法的输入信号按幅值大小进行划分、变换处理.高幅值输入信号采用缩放处理,以防止超出平台运动空间;低幅值输入信号乘上一个时变比例系数,时变比例系数的确定采用模糊自适应算法,根据人体在运动模拟器上的运动感觉、人体在车辆上的运动感觉以及输入信号的情况,选定模糊控制器的输入、输出和模糊控制规则.以车辆纵向加速度的模拟为例进行仿真,仿真结果表明,运用变输入洗出算法,既能将平台限制在平台的运动空间内,又能充分利用平台的运动能力,提高运动感觉模拟的逼真度.

车辆运动模拟6自由度平台的协同控制研究

对车辆运动模拟6自由度平台进行研究。对四通阀控制液压缸伺服系统进行了理论分析和试验研究,讨论了有负载时,液压缸正反向运动速度一致和换向瞬间不产生压力跃变这两种情况下,非对称伺服阀各阀口面积梯度的关系。推导出空载时,使阀控非对称缸系统正反向运动速度一致且换向瞬间不产生压力跃变的非对称伺服阀各阀口的面积梯度的关系式。在此基础上,研究6个液压缸伺服系统协同控制,实现了车辆的运动模拟。实际运行结果表明:该平台运动平稳,各自由度协同控制性能良好,完全满足了车辆各种运动模拟要求。

6自由度平台的Washout滤波器设计及试验研究

现代运动模拟器通常采用并联6自由度平台作为运动系统。由于平台的运动范围有限,就需要运用Washout滤波器,将实际运动转换成模拟器能够实现的信号。首先,设计经典Washout滤波器,对于高通加速度通道,平移和侧移方向都采用二阶高通滤波,升沉方向采用三阶高通滤波;倾斜协调通道纵向和侧向都选择二阶低通滤波器;高通角速度通道的3个方向都采用二阶高通滤波器。仿真证明Washout滤波算法能够提高模拟逼真度。然后,通过分析滤波器的自然响应频率和输出信号之间的关系,总结出Washout滤波器自然响应频率的选择原则。最后,在6自由度平台上针对所设计的滤波器进行试验。试验证明,所设计的Washout滤波器达到了预期的设计要求。

用于光学遥感器耐受卫星平台微振动环境地面测试的六自由度平台

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验,实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时,其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型,其结构简单、刚度大,振源输出精确可控,满足地面试验应用要求。

基于Vortex的6自由度平台洗出运动仿真

为了研究并联6自由度平台在车辆驾驶过程中的洗出运动,实现车辆动力学模型和6自由度运动平台模型的联合仿真,提出一种利用Vortex多体动力学软件对6自由度平台进行建模,复现车辆模型运动过程的仿真方法.平台液压油缸初始位姿采用解析法进行确定,在Matlab/Simulink中实现运动平台的洗出滤波算法和运动学反解算法,利用转弯和直线2种典型运动进行仿真验证.在给定路面上进行虚拟驾驶,Vortex车辆动力学模型解算结果使车辆产生相应的连续运动状态,相关动力学参数经过洗出滤波算法、平台运动学反解运算得到各油缸伸长量,驱动Vortex软件中建立的6自由度运动平台模型.结果表明,利用Vortex软件可以将车辆动力学模型和并联6自由度平台模型进行联合仿真,实现平台洗出运动的可视化.

对接模拟并联六自由度平台的模糊免疫PID控制

以电液伺服并联六自由度平台为研究对象,讨论了对称阀控非对称缸数学模型各部分的作用.针对外负载扰动的不确定性,提出了将免疫算法引入增量式PID(比例、积分、微分)控制器,并推导了控制律.为增强系统的稳定性和鲁棒性,采用模糊策略逼近抗体抑制调节非线性函数,并设计了模糊免疫PID控制器,将该控制器应用到空间对接半物理仿真六自由度平台中,建立了分级实时控制系统,针对系统结构参数大变化和提高跟踪响应频率设计了两组实验.结果表明,所设计的模糊免疫控制器作用良好,平台在6个自由度的实时跟踪和协同控制性能均获得满意的结果.

并联式六自由度电液伺服平台

介绍一种可进行大转角大幅值位移量振动的多自由度振动台，即并联式六自由度电液伺服平台，简述该平台的结构特点、作为振动台存在的优势及用于振动控制的位置逆正解法。

基于Pro/Mechanism虚拟仿真的六自由度平台实时运动控制

针对一种3-2-1型六自由度运动平台,建立其三维模型.应用Pro/E(Pro/Engineer)软件的机构仿真模块Pro/Mechanism进行平台姿态的运动学仿真,经过仿真导出的6个驱动电动伺服缸的运动规律被适当处理后,直接作为6个驱动电动伺服缸的实际输入指令,在计算机的控制下6个电动伺服缸可以按照仿真时所设定的规律运动,从而使基于虚拟仿真则可实现六自由度平台的实时运动控制,而不需要设计者事先自行建立平台并通过正解或逆解的数学模型来进行实时解算.

气动人工肌肉并联驱动多自由度平台的系统设计

采用一种新型的气动驱动器———气动人工肌肉来并联驱动一个新型的多自由度平台 ,并以高速电磁开关阀来控制气动人工肌肉。从而实现了一种新型、经济实用的多自由度平台。文章对系统中的气路设计、计算机控制系统和测量方式进行了详细的描述。

基于VL Motion和AMESim的液压六自由度平台联合仿真及试验研究

为研究六自由度平台的优化设计及控制策略,需要对系统进行详细建模。针对液压六自由度平台仿真建模方法进行研究,提出一种机电液联合仿真的建模方法。采用AMESim对液压系统和控制系统建模,Virtual.Lab对平台机构动力学部分建模,通过软件之间的接口将机械、液压控制系统两部分模型联合,建立液压并联机构的通用仿真模型。通过与试验结果的对比验证了仿真模型的正确性。与传统数学建模方式相比,该方法发挥了各软件的优势,使建模过程简捷且高效,适用于复杂装备的设计与研究。

基于ADAMS和AMESim的液压六自由度平台联合仿真研究

为实现六自由度平台的机、电、液系统一体化虚拟样机设计,提出基于ADAMS与AMESim联合仿真技术的虚拟样机建模与仿真方法,运用ADAMS软件建立了平台机械系统多体动力学模型,采用AMESim软件建立液压系统与控制系统模型,并实现了两软件的接口设置。通过联合仿真,分析了六自由度机械、液压系统的动态特性,优化了系统参数设计,为实际物理样机设计、制造提供了依据。

4种形式的六自由度运动平台及其运动性能比较

通过讨论４种不同结构形式的六自由度运动平台，特别是比较其运动性能，证明：没有任何一种平台的性能在所有方面都优秀，某种平台只能在某些方面比较好．但Ｓｔｅｗａｒｔ平台的综合性能最好．

基于多软件协同仿真的六自由度平台虚拟试验系统

提出了一种串联六自由度运动平台,根据该平台特点,在ADAMS动力学分析软件中搭建机械子系统模型,在AMESim仿真软件中搭建液压子系统及电机+滚珠丝杠传动模型,在Simulink中搭建末端控制对象期望运动位姿生成及解耦控制算法模型。通过分析各仿真软件间数据传输接口特性,建立以MATLAB软件为载体的动态数据共享通道,将ADAMS、AMESim模型分别以子模型及S函数形式导入至Simulink。从而建立基于Simulink为主仿真软件的机、电、液一体化的六自由度运动平台虚拟试验系统,实现平台的全面仿真分析,为平台实体设计与优化、控制策略选择等奠定基础。采用的基于MATLAB为主仿真软件的ADAMS、AMESim、Simulink联合虚拟试验系统创建方法对于复杂机、电、液一体化系统的仿真分析具有普遍的适用性。