数字式6-DOF运动平台控制系统设计

针对电液伺服控制的六自由度(6-DOF)运动平台普遍存在的问题,研制了全新的数字式6-DOF运动平台。该平台采用新型数字液压缸,其控制不需外部A/D、D/A转换,同时减少了大量的液压伺服参数调节装置,对控制者来说完全是一种开环控制。利用系统简单的特点,将平台控制系统集成为工作站,并在VC++编程环境中完成控制软件开发,且综合运用了多媒体定时器、普通定时器以及多线程编程技术,实现了平台控制的多任务调度。利用该技术研制出潜艇操纵模拟器,其液压油精度等级仅需18/15(ISO4406),且结构更简洁、调试维护更方便,达到了可靠运行的目的。

数字式6-DOF运动平台运动不平稳现象分析

数字式6-DOF运动平台在起动、换向及低速运行时存在抖动或振动冲击等运动不平稳现象,本文从低速摩擦力特性、数字伺服步进液压缸的结构特征,以及6组数字液压缸在并联平台运动中不同的工作状态对平台运动的影响等方面进行了定性分析。分析表明,以上因素都是使得平台产生运动不平稳现象的重要因素。分析结果有助于在机械结构设计、加工选型,以及补偿策略等方面提出有针对性的解决方案。

6-DOF运动平台电控系统方案设计及仿真

在六自由度运动(6-DOF)系统平台的基础上,设计了六自由度运动平台的电控系统并进行了运动学仿真。详细介绍了主控制器和伺服从控制器的软硬件设计。仿真结果表明,控制器具有较高的伺服性能,系统实时性较高,能够达到运动平台的动作要求。

液压远距驱控AUV运动模拟系统设计

为满足水下自治式航行器(AUV)运动模拟需求,设计1套远距离液压驱动控制的6自由度运动平台系统。在Simulink与AMESim环境中分别建立运动平台的数学模型和液压驱动控制系统仿真模型,开展了液压系统优选设计与控制方法研究。针对系统管路距离长、通径小的特点及设备体积小的需求,采用液压缸差动连接及在平台底座设置蓄能器的方式,降低系统流量需求并抑制管道中的液压冲击,有效缩小泵站设计尺寸。针对电液比例换向阀存在的阀芯死区/零偏、液压缸非对称性及时变负载等问题,采用一种变参数自适应补偿控制方法,实现6套液压控制回路的高精度协调运动。联合仿真及试验验证表明:液压控制系统的设计满足实际应用需要。

空间对接半物理仿真原型试验系统

为研制用于对接机构地面测试的空间对接半物理仿真系统,建立能够体现其主要功能的原型试验系统。试验系统通过六维力传感器检测对接机构模拟元件的相互作用力和力矩,根据所建立的航天器动力学模型实时解算对接过程中两航天器的相对运动,并由6自由度运动平台模拟被动航天器来实现此相对运动。针对此原型试验系统,提出系统的动力学解算方案并据此构建动力学仿真大回路,着重对大回路仿真系统的稳定性进行分析,得到稳定性条件,讨论运动平台滞后对仿真的影响和解决方法。在此基础上,用所研究系统成功地模拟了航天器对接的全过程,从而为实际空间对接半物理仿真系统提供了必要的设计依据。

新型数字液压2自由度摇摆台建模与试验研究

摇摆台广泛用于模拟舰船、车辆的运动姿态,在车船设备测试、驾驶模拟器等国防与民用领域都有重要的应用价值。基于此,针对自行研制的模拟海洋环境的2自由度液压运动平台,介绍增量式步进电动机、四边滑阀、非对称液压缸、摇摆台架、同步反馈机构等构成的近似开环控制的系统结构和工作原理,建立其运动学和动力学方程,并通过状态方程描述阀控非对称液压缸换向时的跳变特性。在Matlab/Simulink中构建系统的非线性控制模型框图,将仿真与试验结果进行对比分析,表明了该数字液压摇摆台的可行性。

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。

飞行模拟器的结构设计与仿真研究

飞行模拟器具有真实飞行训练无法比拟的优势,其结构设计是优化飞机设计,改善飞行性能的关键问题,故飞行模拟器的建模与仿真研究工作是飞行器设计的难点。通过与液压缸驱动的六自由度飞行模拟器对比分析,以3-RPS机构为基础,以在UG环境下建立的电动缸驱动的三自由度飞行模拟器运动平台模型为研究对象,在ADAMS/View模块下,对其添加约束和驱动后,进行了运动学特性仿真。对于给定的运动学特性曲线,运用ADAMS/Post Processor模块,对测量结果进行后处理,得到各种飞行姿态下的运动学曲线。仿真实验结果验证了该设计可实现升降、横滚、俯仰三种姿态的运动,且符合民航飞行模拟器的技术指标要求。上述分析过程为飞行模拟器的设计提供了一套有效的研究方法。

城市轨道交通列车驾驶仿真器研究

城市轨道交通列车驾驶仿真器是城市轨道交通部门进行技能培训的高科技设备,能够进行精确的列车操纵性能仿真和逼真的列车驾驶环境仿真。基本功能包括模拟操纵功能、列车动力学计算功能、故障判断培训功能、视景和声音仿真功能以及运动仿真功能。针对城市轨道交通特点,给出了轨道交通列车驾驶仿真器的运行仿真数学模型,提出采用分布式计算机体系结构、MPEG视频压缩技术和基于DirectSound技术的多媒体声音系统,设计具有4层5自由度液压运动平台的驾驶仿真器。并基于以上技术完成了北京地铁交流传动电动客车列车驾驶仿真器的研制,成功应用于北京地铁技术学校学员和北京地铁司机的教育培训。

一种3自由度自动导引车的运动学建模与仿真

具有两个可操舵驱动轮的自动导引车是一种3自由度运动平台,由于它能在平面上自由行驶,实现位置和方位的独立控制,具有很高的灵活性和机动性。本文建立了小车的逆运动学模型,对其运动特性进行了解析,并在此基础上对小车的路径跟踪运动进行了仿真研究。

飞行模拟器六自由度运动平台的仿真研究

解决民航客机训练用的六自由度运动平台模拟逼真度的问题,研究了与之相应的洗出算法,并应用Pro/E及Mathematica建立了相应的模型。在此模型的基础上,采用了经典滤波算法对一组实际飞行数据进行仿真和分析。为使程序具有通用性,整个算法采用离散的形式,同时对洗出算法的参数进行了优选,这不仅符合实际的仿真情况,更使得整个程序的柔性化大大加强。结果表明,该算法使得六自由度运动平台在计算机上实现了逼真的仿真。

一种新型6自由度运动平台的控制研究

针对一种新型6自由度运动平台的控制问题,提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究,利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进,在Matlab/Simulink中进行仿真研究,分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力,并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明,改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度,使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。

飞行模拟器六自由度运动平台的位置分析与测量控制

针对飞行模拟器六自由度运动平台的位置分析与测量控制进行了研究；依据位置测量元件实时测量到的液压缸长度，运用位置正解算法对运动平台的位置进行了分析，给出了位移传感器的工作原理和位置正解算法模型；利用电液驱动方式组成了体积小、重量轻、加速能力强和快速反应的运动平台控制系统；同时以飞机的俯仰角为例，建立了运动平台驱动信号洗出的算法模型，实现了对模拟座舱的位置和姿态的精确控制；实际应用表明，这些方法是有效可行的，能应用于六自由度运动平台的实际应用中。

基于串联机构的三自由度运动平台设计与仿真分析

以串联机器人为研究对象,设计了一种三自由度串联运动平台,用于汽车驾驶模拟器。运用Inventor建立串联平台的三维模型,导入Adams,获得了平台的虚拟样机。针对汽车主要运行状态进行运动分解,设计虚拟样机的驱动函数模拟汽车运动时的动感,得到了各自由度运动及关键构件的状态参数。分析比较了平台有无减震装置时的性能,对各自由度传动方程进行了验证。提出一种基于Adams和Matlab联合仿真工作空间的新方法,并用该方法绘制了座椅质心的工作空间。获得的仿真数据为后续物理样机的结构设计、运动控制提供了可靠依据。

载荷分布对六自由度运动平台动力学性能的影响

用Newton-Euler方法,分析了运动平台的力矢和力矩,建立了统一的六自由度运动平台动力学方程。利用该方程研究了不同载荷分布时六自由度运动平台各液压缸的受力情况,并用Matlab进行了计算。结果表明,不同载荷分布时,某些液压缸的驱动力的最大值成倍增加,变化极为复杂,为六自由度运动平台的设计及控制提供了理论指导。

六自由度转台的神经网络控制

针对六自由度转台单通道电液伺服系统的特点 ,探讨了一种神经网络PID控制方法 ,通过BP神经网络的在线学习对被控对象进行辨识 ,采用单神经元调节PID参数 。

六自由度坦克模拟驾驶仪时间和冲击综合轨迹规划

为确保坦克模拟驾驶仪运动平稳性和动作实时性，提出了一种在笛卡儿空间基于Stewart机构的时间和冲击综合优化轨迹规划方法。建立了六自由度运动平台运动学模型，利用分段三次样条曲线对坦克姿态点进行插补，以六自由度运动平台速度、加速度为约束条件，以时间和冲击为优化目标，对样条曲线进行控制，规划出满足模拟驾驶仪运动要求的轨迹曲线。在优化插补点时间间隔的非线性规划时，采用实时的可行方向法（MFD）来处理。仿真和试验结果表明，该轨迹规划方法可以使模拟驾驶仪实时平稳地跟踪视景系统给定的任意运动勤挤．

三自由度模拟运动平台洗出算法研究

为解决经典洗出算法无法在三自由度模拟运动平台上得到很好应用的问题,提出了一种适用于两转一移并联运动平台的新洗出算法。首先建立3-PRS并联机构的运动学模型,其次通过引入牵连运动线速度与欧拉角角速度转换矩阵设计一种新的洗出算法,最后在MATLAB/Simulink中建立人体前庭系统模型和新洗出算法的仿真模型,并进行仿真分析。结果表明,本文提出的三自由度平台洗出算法行之有效,并具有与经典六自由度平台洗出算法相近的动感模拟逼真度。

六自由度液压平台和电动平台比较分析

根据六自由度液压运动平台和电动运动平台的组成和工作原理,对两种平台的复杂程度、关键技术的成熟度和动感模拟逼真度进行了深入分析,为用户选型提供参考。

六自由度运动平台液压伺服系统的建模与仿真

文章较为详细的介绍了六自由度运动平台的机构特点及应用。在平台控制总体设计的基础上完成了液压伺服系统的建模工作,在Matlab软件中对系统进行了仿真分析,将常规PID控制和基于神经网络算法的先进PID控制方法进行对比,仿真结果表明基于神经网络的PID控制方法对伺服系统具有良好的控制效果,同时也证明了电液伺服控制系统设计的合理性,将控制策略应用于样机平台,平台运行稳定,流畅。为平台控制的进一步改进和完善奠定了基础。