【摘 要】
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六自由度并联平台具有结构合理、刚性高、可靠性好等优点,在工业、国防、娱乐等领域有广阔的应用前景。六自由度并联平台具有高度非线性、强耦合的动力学特性,使六自由度并联平台的运动控制问题成为研究的理论和技术难点之一。六自由度并联平台分为多种类型,其中Stewart型并联平台最为典型,其在运动模拟器领域应用广泛,并且六自由度并联平台是运动模拟器的核心组成部分。运动模拟器优点明显,在车辆驾驶模拟方面,具有节
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六自由度并联平台具有结构合理、刚性高、可靠性好等优点,在工业、国防、娱乐等领域有广阔的应用前景。六自由度并联平台具有高度非线性、强耦合的动力学特性,使六自由度并联平台的运动控制问题成为研究的理论和技术难点之一。六自由度并联平台分为多种类型,其中Stewart型并联平台最为典型,其在运动模拟器领域应用广泛,并且六自由度并联平台是运动模拟器的核心组成部分。运动模拟器优点明显,在车辆驾驶模拟方面,具有节约驾驶培养成本、创造安全驾驶环境等优点;在娱乐模拟驾驶方面,具有增强娱乐特性、提高驾驶乐趣、感受虚拟现实驾驶等优点。然而,基于六自由度并联平台的运动模拟器一般存在逼真度不够高、运动空间有限等问题。本文对六自由度并联平台的结构设计、运动学和动力学的分析、控制策略的设计、体感算法的改进等内容进行了研究。主要研究内容如下:首先,根据设计要求对Stewart型并联平台进行了结构设计,主要设计了六自由度并联平台的上平台、下平台、虎克铰等部分。依据负载参数并运用运动学反解对伺服电动缸进行了计算和选型。对承载能力较弱的虎克铰,运用有限元的分析方法对其进行了强度分析,结果验证了虎克铰完全满足强度要求。其次,对六自由度并联平台的运动学和动力学进行了研究。针对运动学正解求解困难的问题,提出了将二分法和随机取值法相结合的方法,该方法可以快速有效地确定上平台的位姿,且该方法得到的计算值可以较好地接近实际值。针对动力学建模问题,运用拉格朗日法建立了六自由度并联平台的动力学模型。然后,研究了六自由度并联平台的位置控制问题。针对位置跟踪问题,提出了基于PID控制的鲁棒控制算法。基于李雅普诺夫稳定性理论,设计了控制器的控制律和自适应律,并且对提出的控制算法进行了稳定性分析和联合仿真测试,仿真结果验证了所提出的控制算法具有良好的适应性和鲁棒性。最后,研究了六自由度并联平台的体感算法。针对六自由度并联平台运动空间有限的问题,引入了经典洗出算法,提高了六自由度并联平台的空间利用率。针对经典洗出算法参数固定的问题,提出了经典洗出算法与RBF神经网络相结合的改进方法,改进后的洗出算法使六自由度并联平台的逼真度得到了提高,基于MATLAB的仿真实验验证了所提方法的有效性。
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