船舶在海面上航行和作业时会受到海浪的影响,发生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六个自由度的波动,进而对舰载系统如光学精密仪器、舰载雷达和武器瞄准系统等工作带来严重影响,而稳定平台正是解决该问题的关键装置。稳定平台是一种具有隔离扰动能力的系统,能够为有效载荷提供高精度稳定姿态,从而被广泛地应用在国防装备、航空航天、工业生产设施中。本文从船舶模型、结构设计、控制方法以及硬件实现等方面展开研究,设计3-RRS三自由度串并联稳定平台,并加以结构仿真和实物平台验证。本文主要工作如下:首先,建立船舶运动动力学模型。通过建立船舶的运动坐标系分析船舶相关参数和运动方程,从而对船舶的稳定性进行理论分析,同时使用多重尺度法对其运动方程进行求解,对船舶在不同参数下的稳定性进行仿真分析,实验表明船舶参数选取在船舶运动特性和安全性中的重要作用。其次,实现稳定平台的结构设计和稳定平台运动学特性分析。根据船舶运动学特性,研究分析稳定平台串联和并联结构特性,提出一种串并联相结合的3-RRS结构,通过建立稳定平台的坐标系,构建旋转矩阵和坐标系变换矩阵,并根据结构特性得到稳定平台的随动关系,对其进行运动学分析。并采用Matlab和Adams仿真软件进行联合仿真,验证结构的合理性和运动学分析的正确性。接着,对稳定平台的硬件和控制进行设计。选用10轴高精度姿态采集单元对稳定平台的位姿信息进行实时监测,结合Kalman滤波器滤除信号中高频噪声;采用AR预测模型对横摇角进行预测;使用前馈PID控制算法解决信号的时滞问题,结合SOA算法自整定PID参数;使用STM32F407IGT6作为主控芯片自行设计主控板,选定步进电机及其驱动模块作为动力源,实现对稳定平台的精准控制,设计电源模块为主控板提供稳定的电源,提高主控板的移植性、扩展性和兼容性。最后,试制样机实验分析。在稳定平台动力学分析基础上搭建稳定平台样机测试仿真模型,对稳定平台的横摇、纵摇和垂荡运动进行综合仿真,对比不同振幅的波动对稳定平台的影响;试制样机,搭建完整的稳定平台实验系统,评估稳定平台的结构设计、运动控制性能、稳定性等指标进行测量分析,进一步验证稳定平台系统的可行性。