【摘 要】
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稳定平台的作用是通过一套在线检测、实时伺服运动补偿平台来隔离波浪、海风及海流等海洋环境扰动的影响,为舰船载设备、人员等提供一个稳定的工作平台。本文以一种2-DOF冗余驱动并联稳定平台为研究对象,从运动学、动力学及控制策略等方面展开研究,主要研究内容如下:首先,建立了平台的正反解模型,推导了平台的雅可比矩阵,并绘制了其工作空间及平台在工作空间内的雅可比矩阵条件数分布图;基于闭环矢量链法建立了平台的误
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稳定平台的作用是通过一套在线检测、实时伺服运动补偿平台来隔离波浪、海风及海流等海洋环境扰动的影响,为舰船载设备、人员等提供一个稳定的工作平台。本文以一种2-DOF冗余驱动并联稳定平台为研究对象,从运动学、动力学及控制策略等方面展开研究,主要研究内容如下:首先,建立了平台的正反解模型,推导了平台的雅可比矩阵,并绘制了其工作空间及平台在工作空间内的雅可比矩阵条件数分布图;基于闭环矢量链法建立了平台的误差灵敏度模型,绘制了平台的误差灵敏度分布直方图,并分析了各误差源对平台末端输出的影响程度;采用曲线拟合方式,设计了一种对模型参数依赖较小的运动学误差补偿方法,并对其进行了数值仿真。其次,基于旋量键合图理论建立了平台在非冗余驱动情形下的动力学全解模型,并在此基础上,添加驱动力优化补充方程,得到了平台在冗余驱动情形下的动力学全解模型,借助ADAMS和MATLAB软件仿真验证了平台旋量键合图模型的正确性;结合各构件对驱动力的贡献大小以及运算复杂程度,对动力学模型进行了简化处理,得到了简化后的动力学模型;基于旋量键合图功率守恒理论,得到了简化后的平台驱动力的线性化表达式,进一步整理,得到了平台的动力学参数辨识模型,并对其进行了数值仿真。再次,借助Simulink软件搭建了包含速度前馈输入的伺服电机三环PID控制模型,并采用遗传算法对PID控制器进行参数整定;采用ADAMS软件和MATLAB软件进行联合仿真,分别搭建了平台在非冗余驱动和冗余驱动模式下的仿真模型,并基于此,分别对无前馈、仅有速度前馈、仅有力前馈以及同时包含两种前馈时仿真模型的轨迹跟踪效果进行了比较与分析。最后,基于BECKHOFF控制器和台达伺服驱动单元搭建了实验平台,借助倾角传感器和驱动器上位机软件对平台运行数据进行了测量和记录,完成了对样机的运动学误差补偿和动力学参数辨识实验。
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