论文题目: 六自由度并联机构Stewart平台的动力学建模与仿真
论文类型: 硕士论文
论文专业: 光学工程
作者: 徐鹏
导师: 王代华
关键词: 平台,六自由度,基台运动,动力学模型,精密定位,振动隔离
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: Stewart 平台的出现始于1965 年德国学者Stewart 发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器。目前经典的Stewart 平台机构由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿以及它们之间的连接铰链构成,其下平台通常为基台(Base-platform),上平台通常为负载平台(Payload-platform)(即Stewart 平台的工作平台)。Stewart平台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台在工作空间范围内的六自由度运动,并具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点,因此近年来被广泛应用于并联机床、精密定位平台和振动隔离平台等方面。Stewart 平台在并联机床和精密定位平台方面的应用相对成熟,已有实用化的商品供应市场。Stewart 平台应用于六自由度振动隔离平台的研究与开发相对发展较晚,不仅开发的系统远未达到实用化水平,其理论领域的研究也多属空白,其根本原因是应用于振动隔离的Stewart 平台的基台是运动的,随之而带来许多新的问题。到目前为止,在Stewart 平台的理论研究方面已取得一些研究成果,比如Mille(r1992)使用Lagrange 动力学方程建立了Stewart 平台的动力学模型;Dasgupta和Mruthyunjaya(1998)使用Newton-Euler 动力学方程推导出闭合形式的Stewart平台的动力学模型;Codourey 和Burdet(1997)、Wang 和Gosselin(1998)、Tsai(2000)等人分别利用虚功原理建立了Stewart 平台的逆动力学模型。但是,上述关于Stewart 平台的动力学模型都是在假设Stewart 平台的基台固定不动的情况下建立的。当Stewart 平台应用于六自由度振动隔离平台的研究与开发时,Stewart平台的基台往往是运动的,采用上述理论模型会遇到下述困难: 1、已有的Stewart 平台的动力学模型不能准确地对基台在微运动情况下的Stewart 平台的动力学特性进行分析; 2、基于已有的Stewart 平台的动力学模型的仿真结果不能用来直接指导基台在微运动情况下的Stewart 平台的开发与设计,比如应用于振动隔离的Stewart 平台的开发与设计; 3、对于基台在微运动情况的Stewart 平台的控制,不能根据已有的Stewart 平台的动力学模型进行反馈控制算法的理论与仿真研究。本文在继承Stewart 平台动力学理论方面的研究成果的基础上提出并建立了基台在微运动情况下的Stewart 平台的动力学模型,并在建立理论模型的基础上在Matlab/Simulink 环境下建立了基台在微运动情况下的Stewart 平台的动力学的仿真系统,结合基台在微运动情况下的Stewart 平台的几类具体应用做了详细的仿真分
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 Stewart 平台的理论研究现状
1.2.2 Stewart 平台的应用研究现状
1.3 本文研究的目的和研究内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.4 全文安排
2 Stewart 平台的运动学理论
2.1 引言
2.2 Stewart 平台的机构模型
2.2.1 6-UPS 型Stewart 平台
2.2.2 立方体结构的Stewart 平台
2.2.3 正交结构的Stewart 平台
2.3 Stewart 平台的姿态描述和旋转矩阵
2.3.1 卡尔丹角坐标
2.3.2 欧拉角坐标
2.4 Stewart 平台的运动学反解
2.5 Stewart 平台的雅克比矩阵
2.6 本章小结
3 Stewart 平台的动力学理论
3.1 引言
3.2 Newton-Euler 动力学方程
3.3 Stewart 平台的Newton-Euler 动力学模型
3.3.1 支腿的运动学分析
3.3.2 支腿的动力学分析
3.3.3 负载平台的运动学和动力学分析
3.4 反馈控制算法
3.4.1 任务空间运动状态反馈
3.4.2 驱动空间运动状态反馈
3.4.3 任务空间与驱动空间运动状态的关系
3.5 Stewart 平台的仿真模型
3.6 仿真结果及其分析
3.6.1 采用任务空间运动状态反馈
3.6.2 采用驱动空间运动状态反馈
3.7 本章小结
4 基台在微运动情况下的Stewart 平台的动力学模型
4.1 引言
4.2 基台在微运动情况下的Stewart 平台的动力学建模
4.2.1 Stewart 平台及单个支腿的空间关系
4.2.2 单个支腿的运动学分析
4.2.3 单个支腿的动力学分析
4.2.4 负载平台的运动学和动力学分析
4.3 反馈控制算法
4.3.1 任务空间运动状态反馈
4.3.2 驱动空间运动状态反馈
4.3.3 任务空间和驱动空间的运动状态关系
4.4 本章小结
5 基台在微运动情况下的Stewart 平台的动力学仿真
5.1 引言
5.2 基台在微运动情况下的Stewart 平台的仿真模型
5.3 基台在微运动情况下的Stewart 平台的应用实例
5.3.1 精密定位平台动力学模型的仿真分析
5.3.2 振动阻尼平台动力学模型的仿真分析
5.3.3 振动隔离平台动力学模型的仿真分析
5.4 本章小结
6 实验方案
6.1 实验目的
6.2 实验内容
6.3 实验器材
6.4 装置简图
6.5 实验步骤
6.6 本章小结
7 全文总结与展望
7.1 本文主要研究工作
7.2 本文主要贡献与创新点
7.3 后续研究工作与展望
致谢
参考文献
附:
A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
B. Matlab 子程序
C.1 Stewart 平台机构参数与 PD 控制参数 1
C.2 Stewart 平台机构参数与 PD 控制参数 2
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-11-07
参考文献
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