文献阅读笔记

六自由度摇摆试验台控制系统设计。

哈工大硕士**(宋光进)读书笔记。

六自由度摇摆试验台采用 stewart 空间并联运动机构，通过改变六个可伸缩。

的支撑杆的长度来实现平台的运动。本文主要对六自由度摇摆试验台的系统。

设计、运动学理论、位姿误差及控制方法四方面进行分析和研究。

首先，根据六自由度摇摆试验台性能指标和工作特点，简单的进行了结。

构分析，设计了控制系统软硬件结构；

其次，对六自由度摇摆试验台的运动学及动力学问题进行了分析。通过运动学分析，建立了对应于运动平台不同运动状态时位置、速度反解方程，为后续的六自由度摇摆试验台位置伺服系统的设计奠定了基础。文中还对一。

种求解机构位置正解问题的数值方法进行了推导和验证。并对各支撑伸缩杆。

所受到的复杂负载扰动进行了研究；

然后，分析了结构参数和位姿参数对输出位姿误差的影响问题，建立了。

位姿误差补偿模型，从理论上提出了一种位姿误差补偿方法，用以补偿修正。

由位置反解得出的控制伸缩量；

最后，针对六自由度摇摆试验台强耦合、强负载扰动、高度非线性等特。

点，本文提出了一种模糊控制与pid 控制相结合的复合控制策略，并进行。

了matlab **验证。**效果表明采用引入了积分环节的复合控制不仅能。

够消除单纯模糊控制带来的稳态余差，提高稳态精度；同时还克服了耦合作。

用的影响，具有了抗干扰能力和较高的鲁棒性。

串联机械手的缺点，即刚度差、承载能力弱、有误差累集。

10 吕崇耀。 6-6 sps 6 自由度stewart 并行机构位姿正解单解存在条件。机器。

人。 2000, 2:148-153

11 梁崇高，荣辉。一种5tewart 平台型机械手位移正解。机械工程学报。

12 孔宪文，杨廷力。一种新型简单6-sps 并联机器人及其位置正解。机器人。

总的来说，并联机构的特点：1.与串联机构相比刚度大，结构稳定；2.承载。

能力大；3.微动精度高；4.运动负荷大；5.在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难，反解却非常容易。由于机器人**实。

时计算是要计算反解的，这对串联式十分不利，而并联式却容易实现。

刚性stewart平台一般采用的越刚度比较大的磁致伸缩材料、压电陶瓷等律为执行瓣件，箕隔离频率通常在几十赫兹以上，最大位移一般在几十个微米，主要威用于主动振动限尼(减弱振动幅值)，由于其刚度大且有较麓静精度i夔赘逛麓于精澄定往矮城：柔穗stewart平台一般采雳翁是柔往相对较好的音圈执行器(voic。coil)，其振动隔离频率一般在10hz以下，最大位移逶常要魄霪《整平台太镄多(在逡洙量缀)，主要寝瘸子主耱援动黼离(藏弱振动频率)。

—摘自基于pc104总线的六自由度平台控制系统的研究。

六自由度运动平台是通过六个作动器的协调伸缩来实现平台沿x,y,z、向的平移和绕x、y、z轴的旋转运动(共6个自由度)，以及这些自由度的复合运动。

六自度运动平台的性能指标主要包括静态和动态性能指标、位移、速度、

加速度的量程范围以及闭环频率特性等口”。根据我国模拟器用六自由度运动。

系统的国家军用标准(gjb一94)规定，其主要运动指标要求有：位移和速度。

系统的国家军用标准(gjb一94)规定，其主要运动指标要求有：位移和速度指标，以及最小加速庹、角加速度及突发加速度变化率指标。

主控系统主要完成平台的轨迹规划，即获取平台六自由度的位置状态，计算转换为6个机电作动器的位置指令，判断所给的平台位置状态是否有超出平台的运动范围，向各单缸控制系统发出单缸位置控制指令，并接收来自单缸系统的信息，对平台运动进行监测。基础控制系统主要完成各机电作动器位置的闭环控制，图2．1是一般六自由度运动平台控制系统原理图。其工作原理是，单个控制系统由下位计算机、d／a、a／d、伺服放大器、电液伺服阀、作动器、位移传感器及压差传感器等组成，用于接收来自上位计算机的机电作动器的位置指令，控制机电作动器的信息(如机电作动器的实际位置量)。

六只作动器的协调动作即可使平台产生所要求的运动位姿。

当前六自由度运动平台的计算机控制主要有两种控制方式，一种是集中控制方式，就是用一台计算机实现全部控制功能，这需要有高速度高性能的计算机，且控制集中，危险集中，系统难以扩充，可维护性差：另一种是分布式控制方式，就是采用多台微机共同协调实现对模拟器的控制，当前，随着分布式控制技术的发展和工业控制计算机系统的推广应用，使得分布式控制方式可靠性高、易于功能扩充、控制反映迅速，技术日趋完善。因此，一般的六自由度运动平台的控制系统也采用这种方式，分主控、基础控制系统两级。

六只作动器的协调动作即可使平台产生所要求的运动位姿。

六自由度并联机构的机构结构学研究的主要任务是揭示机构的结构组成规律、机构的拓扑结构特征以及它们与机构运动学、动力学特性之间的内在联系，并进行机构结构类型的优选，构思发明新机构。这部分也是该机构学理论中研究得较为成熟的部分，各国学者曾先后提出了6．sps平台机构(即传统stewart机构)的各种变形机构(如msp、cl、fa)等多种六自由度并联运动平台机构。

2机构运动学。

六自由度并联机构运动学是目前并联机构学中研究的重点，其主要研究内容有机构的位置、速度、加速度分析(即正解、逆解)，此外还包括机构的工作空间、奇异位形问题、运动误差及结构校验、优化等方面。六自由度运动平台的位置分析是求解机构的输入与输出构件的关系，即位置逆解与正解，这是六自由度运动平台运动分析的最基本的任务，也是机构速度、加速度、误差分析、工作空问分析、动(静)力学和结构综合的基础，同时也是运动平台能实现精确位姿控制的关键。由平台的给定位置计算所需各作动器的伸缩量为平台位置逆解，反之为平台位置的正解。

与串联机构相反，并联机构的位置逆解较简单，且已有了较成熟的算法。而通常，要获取六自由度信息需要安装高成本的传感器，因此，许多研究者致力于运动。

学正解的研究工作，并且也取得了一些成果。目前正解法主要分为两类：解析法和数值法。

解析法是封闭解，能找出正解问题的所有解，有利于对平台机构进行结构分析，但是需要求解高阶方程，而且有多解，不利于实现实时控制；。迭代法【43】算法简单，计算精度较高，可以应用于任何结构的并联机构，一般采用牛顿下山法，但主要问题是算法的收敛性不确定，且收敛速度强烈依赖于初值的选取，实现stewan平台的实时运动对计算机的运算速度要求比较高。最成功的数值迭代法是由ra曲**an提出的，得到了整个复数域上的40个全解。

另外han，ⅺlryongⅲ】等提出使用额外的传感器来求解运动学正解。这种方法是建立在两个概念之上的，即局部结构化和机构划分，实验证明只需一个额外的传感器就可求得3—3 spm和6．3 spm的封闭的运动学正解，而对于6．6spm只需两个额外的传感器，而以前的方法求解6．6spm至少需3个额外的传感器。因此，新方法实用性更强，更易于实现平台的实时控制。

并联机构的工作空间及奇异位形问题也是目前运动学中的研究热点，其中比较有特点的是gosselin用圆弧相交的方法求出了最大可达空间㈣。hum在2024年提出并联机构的奇异点问题，并对其进行了一般性研究。国内，黄田教授以并联机床为目标，对并联机构的理论作了进一步的发展，提出了以并联机床工作空间的高效率数值解法。

燕山大学的黄真教授发展了对多种并联机构发生一般线性从奇异的判别方法。

3机构动力学。

动力学分析及控制策略的研究主要是对并联机器人进行动力学分析和建模，并且研究利用各种可能的控制算法，对并联机器人实施控制，从而达到期望的控制效果。并联机构的动力学研究包括机构的动力学模型建立、受力分析、惯性力计算、动力平衡、动力学响应等方面，它们在六自由度运动平台的设计与控制中起到非常重要的作用，是确定平台主要结构参数的基础。其中动力学模型的建立是诸多动力学问题中最重要的一个方面。

由于并联机构的复杂性，其动力学模型通常是一个多自由度、多变量、高度非线性、多参数耦合的复杂系统。目前，并联机构动力学的建模方法主要有newton—euler方法、lagrange方法、虚功方法和kane方法。这些方法在工程实际中均有应用，目前研究的重点是寻求一种动力学方程呈显式，系统性强，降维、易于求解且计算量较小的动力学模型。

目前，飞行模拟器、舰船驾驶模拟器等运动模拟器是六自由度平台应用最广的领域，在这个领域平台的角姿态是用横滚角y、俯仰角卢及偏航角口来表示。其旋转顺序为先绕在z轴旋转口(偏航)，再在此基础上绕y轴旋转卢(俯仰)，最后在两次旋转的基础上绕x轴旋转，，(横滚)。其位置逆解即由平。

台位置量五，(工卫z，y，卢，口)即相对于其在零位时的中心位置(x．ⅳz)及角位置(y，卢，a)，求解各液压缸的伸缩量。这是一个常用的位置逆解问题，要解决这个问题，关键是要求出平台与各液压缸铰结点在基础坐标系中的坐标。在此可利用平台饺置量础五y，声，口及冬上铰点在乎螽上的位鼹。

目前，飞行模拟器、舰船驾驶模拟器等运动模拟器是六自由度平台应用最广的领域，在这个领域平台的角姿态是用横滚角y、俯仰角卢及偏航角口来表示。其旋转顺序为先绕在z轴旋转口(偏航)，再在此基础上绕y轴旋转卢(俯仰)，最后在两次旋转的基础上绕x轴旋转，，(横滚)。其位置逆解即由平台位置量五，(工卫z，y，卢，口)即相对于其在零位时的中心位置(x．ⅳz)及角位置(y，卢，a)，求解各液压缸的伸缩量。

这是一个常用的位置逆解问题，要解决这个问题，关键是要求出平台与各液压缸铰结点在基础坐标系中的坐标。在此可利用平台位置量x,y，z, ，及冬上铰点在平台上的位置，进行坐标变换，以求得各上铰点在静坐标系中的坐标。

6～6 stewart平台的运动学模型与轨迹规划。

曲忠英翁正新。

目前+国内外关于stewart平台的研究主要集中在机构**动学、动力学和控制策略研究等几个方面。其中平台的机构学与运动分析是实现平台控制和应用研究的基础，而在拄制方面，大多数应用都要求进行轨迹跟踪控制，因此对其进行轨迹规划很有必要。本文在运动学分析的摹础上，绐出了平台工作空间内通过两种运动方法得到的圆轨迹规划，并在最后就一个实例给出了**结果．对两法进行r比较。

空间对接综合实验台stewart运动平台轨迹规。

文献阅读笔记

文献阅读笔记

文献阅读笔记

文献阅读笔记

其他用户还读了