基于模型的液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)自適應(yīng)控制研究.pdf

1、隨著半實(shí)物仿真技術(shù)的迅速發(fā)展，運(yùn)動(dòng)模擬器被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、車輛及娛樂等軍用和民用領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)以及駕駛員訓(xùn)練過程中。液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)因其具有剛度大、推重比高及模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于絕大部分運(yùn)動(dòng)模擬器的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。由于液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能直接關(guān)系到運(yùn)動(dòng)模擬的逼真度，而先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)良好動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，深入地研究液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制策略及其相關(guān)的參數(shù)辨識(shí)方法，以提高液壓六自由

2、度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能具有十分重要的意義。
　　在查閱大量國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概述了液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，闡述了國內(nèi)外液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用與發(fā)展概況，全面綜述了液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀，提出了論文主要研究內(nèi)容。
　　機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是研究液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制策略的重要組成部分。首先，基于考慮液壓缸慣性影響的完整動(dòng)力學(xué)模型，分析了液壓缸慣性以及動(dòng)力學(xué)模型中各項(xiàng)在各種工況下對驅(qū)動(dòng)分支出力

3、的影響，以簡化動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)；然后對液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，將液壓缸慣性對動(dòng)力學(xué)方程的影響等效為上平臺(tái)慣性參數(shù)的變化，建立了以平臺(tái)慣性參數(shù)為變量的線性化動(dòng)力學(xué)方程，為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)參數(shù)辨識(shí)與基于模型的控制策略研究奠定了基礎(chǔ)。
　　準(zhǔn)確的模型參數(shù)是研究液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制策略的基礎(chǔ)。為了辨識(shí)整個(gè)系統(tǒng)的模型參數(shù)，將系統(tǒng)模型分為液壓驅(qū)動(dòng)模型部分和機(jī)械負(fù)載模型部分。為得到液壓驅(qū)動(dòng)模型參數(shù)，建立了液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)液

4、壓驅(qū)動(dòng)分支非線性模型的辨識(shí)模型和驗(yàn)證模型，采用遺傳算法作為辨識(shí)方法，獲得了液壓驅(qū)動(dòng)模型參數(shù)并經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所辨識(shí)參數(shù)的正確性；針對機(jī)械負(fù)載模型部分，提出了采用多步法結(jié)合動(dòng)力學(xué)濾波技術(shù)進(jìn)行慣性參數(shù)辨識(shí)，解決了常規(guī)辨識(shí)方法難于辨識(shí)的問題。通過兩部分辨識(shí)得到了整個(gè)液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模型的全部參數(shù)，為后續(xù)基于非線性模型的控制器設(shè)計(jì)提供了模型參數(shù)依據(jù)。
　　作為液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)，本文集中研究了基于關(guān)節(jié)空間和任務(wù)空間的控制策

5、略以解決不同應(yīng)用環(huán)境中的控制問題。首先針對液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工作過程中驅(qū)動(dòng)分支參數(shù)攝動(dòng)量大和負(fù)載大范圍變化等問題，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性，提出了一種基于關(guān)節(jié)空間非線性模型的反步自適應(yīng)控制策略，該控制策略對動(dòng)力學(xué)干擾力進(jìn)行了補(bǔ)償，通過引入動(dòng)態(tài)面避免了加速度反饋，仿真結(jié)果表明其有效地抑制了系統(tǒng)參數(shù)大范圍攝動(dòng)、關(guān)節(jié)間的動(dòng)力學(xué)干擾力以及外界干擾的影響，提高了液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制跟蹤性能。其次針對液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工作過程中動(dòng)力學(xué)交聯(lián)耦合

6、和參數(shù)不確定性等問題，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性，提出了一種基于任務(wù)空間非線性模型的反步自適應(yīng)控制策略，該控制策略基于系統(tǒng)的完整非線性動(dòng)力學(xué)模型，適用于全工作空間，通過引入動(dòng)態(tài)面避免了加速度反饋，仿真結(jié)果表明其有效地抑制了系統(tǒng)參數(shù)不確定性、動(dòng)力學(xué)非線性與自由度間交聯(lián)耦合的影響，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高了系統(tǒng)的跟蹤能力。
　　最后，對所研究的內(nèi)容在液壓六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證了理論分析、參數(shù)辨識(shí)以及控制策