基于模拟工程车辆驾驶的Stewart平台振动与控制研究

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针对大吨位装载机和双钢轮压路机驾驶室研发需求,本文以6-UPU Stewart平台为研究对象,通过模拟不同典型路况及工况下工程车辆驾驶情况,以验证在产品研发试制阶段人机操作舒适性,缩短驾驶室研发周期为目的,为主流工程车辆驾驶室研发提供研究平台。本课题以此为背景,从平台振动分析、运动学控制以及相关实验等方面展开研究,主要研究内容如下:首先,对运动模拟Stewart平台进行运动学验证,建立平台反解、速度、加速度模型,在此基础上,验证平台工作空间、速度与加速度能否满足运动模拟驾驶设计要求;通过分支刚度模型,得到了平台的刚度矩阵,为后续振动研究奠定基础。其次,建立运动模拟Stewart平台的振动模型,首先基于虚功原理的方法,考虑各关节的刚度、杆件及运动平台受载影响,建立运动模拟Stewart平台的动力学模型;考虑实际工况条件,对动力学模型进行简化,得到平台的振动模型;利用MATLAB软件进行辅助求解,计算出运动模拟Stewart平台在工作空间内的不同阶固有频率以及平台自由振动响应和受迫振动响应。再次,由于运动模拟Stewart平台运动范围有限,不能完全模拟工程车辆的运动状态,所以要依靠洗出滤波算法来将其真实运动转换成使操控者有相似感受的模拟信号。本文选用经典的洗出滤波算法作为对平台控制的主要算法,对洗出滤波算法的比例环节、坐标变化环节、高通加速度通道、高通角速度通道与低通加速度通道进行了设计及参数的确定,并通过仿真与实际采集数据进行对比分析来验证所搭建的算法的正确性;为保证平台运动具有实时性、准确性、快速性与稳定性,搭建了交流同步伺服系统,并通过Adams与Simulink联合仿真进行验证。最后,基于倍福控制器与台达伺服系统搭建了平台的运动控制系统,将所构建的带有洗出滤波算法的控制模型转化成ST语言并写入倍福控制器中,采集工程车辆在虚拟场景中的运动学信息,通过Simulink软件求解出运动模拟Stewart平台的运动位姿与传感器测量所得位姿进行对比分析,对所搭建的控制系统进行验证。并利用敲击法进行固有频率实验,来验证平台动力学模型及振动模型的正确性。
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