一种基于6-SPS的复合式舰载抗冲稳定平台的结构设计及关键技术研究

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舰载稳定平台能有效地补偿舰船在海上航行时受到的各种干扰,使舰载设备相对惯性空间保持稳定。现有的稳定平台虽然可以进行多自由度运动的摇荡补偿,但在高频率、大幅度的冲击环境中,其稳定效果不佳。针对现有平台的不足,本文提出了一种以6-SPS并联机构为基础的复合式舰载抗冲稳定平台,能有效地减少高频率、大幅度冲击,达到抗冲、稳定的效果,其关键技术研究如下:在阅读国内外大量文献的基础上,分析了稳定平台的国内外研究现状及未来发展趋势,针对其在高频率、大幅度冲击环境下存在稳定性不足的问题,设计了一种新型的基于6-SPS并联机构的复合式舰载抗冲稳定平台,并对该复合平台进行了总体设计。根据复合平台的总体设计,基于ADAMS虚拟样机技术及有限元相关理论,对复合式舰载抗冲稳定平台的关键部件及液压驱动系统进行了详细地设计和分析,有限元分析及虚拟样机相关性能的仿真结果表明:平台的过冲击保护装置强度满足要求,对机构整体有良好的保护作用,且在高频率、大幅度的冲击环境下,该机构可将垂直冲击缩减为原来的1/10,绕各个坐标轴的转角冲击缩减为原来的1/20,横向冲击的减振效果相对较差,未使用控制算法时,上平台绕固定坐标系X/Y/Z轴的转角均保持在10°之内,与舰船的运动幅度相比已减小很多,稳定效果明显。由于复合式并联稳定平台的机构耦合复杂,运动学与动力学分析较普通的并联机构困难,本文采用运动学逆解法对复合平台进行了运动学分析,求得其雅克比矩阵;在此基础上,利用拉格朗日力学法,从能量的观点将复合平台分为下平台、中平台、驱动杆和连杆四个子系统,得到平台完整的动力学方程,通过微分几何控制法非线性系统解耦理论对动力学方程进行解耦,得到了复合平台的解耦方程。并将理论求得的驱动广义力与仿真得到的驱动广义力做比较,结果显示所建动力学模型是正确的。在动力学分析的基础上,针对复合式舰载抗冲稳定平台上平台横向稳定性差的问题,对复合平台采用主动补偿控制。结合模糊控制和PID控制的优点,设计了一种适用于该平台的模糊-PID控制器,通过Simulink仿真验证了该控制器具有良好的动态响应性能、动态跟踪性能和鲁棒性。且在该控制器的作用下复合式舰载抗冲稳定平台的上平台绕X/Y/Z轴的转角范围分别为1.2°、0.3°、0.65°,均在误差允许范围内。最后,根据系统的特点及工况要求,系统选用基于DSP的PLC控制器,并对其进行了相应的硬件选型和软件设计。
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