六自由度平台设计及控制方法研究

论文摘要

六自由度平台是一种用于模拟飞机、舰船、宇航飞行器和车载设备等运动姿态的实验设备,平台采用并联机械机构,液压驱动,由计算机实时控制,完成了垂荡、纵荡、横荡、纵摇、横摇和艏摇六个自由度的运动。本文对六自由度平台系统进行设计和研究。首先,分析了平台的机械组成及其工作原理,并根据平台的运动性能指标,设计平台的机械本体,选取了液压阀、液压缸及位移传感器的型号。并对位移传感器进行了测试实验。其次,对系统控制方案的选择进行了论证,并完成六自由度平台的软件和硬件设计,并确定了硬件型号。建立了单缸、比例方向阀、位移传感器的数学模型,得出其传递函数。提出了单缸的控制方法,进行了单缸的位置控制实验,提出了对称阀控非对称缸匹配的方法,并在实验数据的支持下,改进了单缸PID控制,得到了比较满意的结果。最后,本文详细的分析了平台空间运动姿态反解,并根据姿态反解提出了平台控制系统的方法。研究了平台的轨迹规划,并在VC++ 6.0环境下用OpenGL建立了六自由度运动平台仿真模型,通过仿真证明了平台控制方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 六自由度平台发展及应用
• 1.3 六自由度平台国内外研究状况
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 六自由度平台台体设计
• 2.1 平台主要性能指标
• 2.2 六自由度平台结构
• 2.3 平台的驱动方式
• 2.4 平台的液压阀
• 2.4.1 液压阀的种类及特点
• 2.4.2 比例方向阀的工作原理
• 2.5 液压伺服缸
• 2.6 平台液压系统原理
• 2.7 位移传感器的应用
• 2.7.1 位移传感器的作用
• 2.7.2 位移传感器的原理及特点
• 2.7.3 测试结果
• 2.8 本章小结
• 第3章 六自由度平台控制系统设计
• 3.1 控制方案的选择
• 3.2 六自由度平台控制原理
• 3.3 六自由度单缸控制系统硬件设计
• 3.3.1 主控计算机
• 3.3.2 选择数据采集卡应注意问题
• 3.3.3 数据采集卡
• 3.4 软件设计
• 3.4.1 人机界面设计
• 3.4.2 系统数据采集和算法解算控制模块设计
• 3.4.3 系统仿真模块设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 六自由度平台单缸闭环试验
• 4.1 单缸控制数学模型
• 4.2 平台的PID控制研究
• 4.2.1 PID控制原理
• 4.2.2 平台PID调整方法
• 4.3 单缸闭环控制系统试验
• 4.3.1 比例控制的特性
• 4.3.2 比例积分控制特性
• 4.3.3 加入微分控制特性
• 4.3.4 单缸的正弦跟踪实验
• 4.4 对称阀控非对称液压缸控制系统
• 4.5 比例方向阀的试验测试
• 4.5.1 比例方向阀的控制原理
• 4.5.2 比例方向阀特性试验
• 4.6 本章小结
• 第5章 六自由度平台反解研究及系统仿真
• 5.1 平台的自由度
• 5.2 坐标系与坐标变换
• 5.2.1 齐次坐标
• 5.2.2 平移变换
• 5.2.3 旋转变换
• 5.3 平台的位置反解
• 5.3.1 坐标系统
• 5.3.2 平台位置反解
• 5.4 平台运动极限
• 5.5 平台轨迹规划
• 5.6 并联六自由度平台三维动态仿真
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢