舰船在海上行驶,由于受到海风、海浪等海洋环境的影响,会产生六维摇荡运动,给舰载武器的发射精度、舰载设备的安全工作、舰载人员的工作生活、舰载人员或设备的输送等带来严重影响。舰船稳定平台可以实时监测舰船运动,并对舰船扰动进行主动补偿,保证舰载人员和设备相对惯性坐标系稳定,提高舰载设备工作精度、保障人机安全。本文以Stewart舰船液压稳定平台为研究对象,分别从舰船运动分析及预报,Stewart平台机构运动学分析、机构参数优化设计、运动学标定和稳定平台控制方面进行研究,具体研究内容如下:舰船运动分析及极短期运动预报。采用频域法模拟舰船运动,利用ITTC双参数波浪谱计算海浪运动,通过ANSYS AQWA仿真得到船体的幅值响应算子(Response Amplitude Operator,RAO),再通过海浪谱和RAO得到不同海况下不同船体的六维运动曲线。研究自回归模型(Autoregressive model,AR)预报机理,对舰船运动进行预报,并通过数值算例验证了预报算法的准确性。Stewart平台机构运动学分析。对Stewart稳定平台运动学进行分析,将调整步长牛顿法应用于Stewart平台正向运动学求解,采用遗传算法以步长矩阵初值和等比参数为变量,以Stewart并联机构位姿正解所需迭代步数为目标,优化得到步长矩阵初值及等比参数最优值。通过数值算例验证了该方法的收敛性和快速性。分析并求解了Stewart稳定平台的全方位工作空间,用于补偿船体的六维扰动。基于给定工作空间的Stewart平台机构多目标优化设计。根据船体的六维运动,设定Stewart平台机构的全方位工作空间。在求解给定全方位工作空间的Stewart平台支腿长度最值时,提出了对旋转量采用数值法,对平移量采用代数法的混合法,提高了求解精度和效率。对于定值支腿长度作为约束条件的问题,提出了驱动器行程约束模型,扩大了优化范围。以给定的全方位工作空间为约束,以Stewart平台机构的物理尺寸和运动学性能指标为目标,采用NSGAII(Non dominated Sorting Genetic Algorithm II)算法对Stewart稳定平台机构参数进行了多目标优化设计。基于选取测量位姿的Stewart平台机构运动学标定。建立Stewart稳定平台的运动学误差模型,对同时含有位移和姿态量的辨识雅可比矩阵进行无量纲化处理,再根据可观测性指标来选取测量位姿。通过选取测量位姿、牛顿迭代求解辨识参数和误差补偿进行标定仿真,验证了该方法选取的测量位姿的有效性。通过该方法获得的测量位姿实现了对Stewart平台样机的运动学标定实验。基于舰船运动预报的稳定平台模型预测控制。将舰船运动的AR预报,一部分用于补偿液压驱动单元的时滞,一部分作为模型预测控制滚动优化时的参考轨迹,提出了基于舰船运动预报的模型预测控制策略(Motion Prediction Model Predictive Control,MPMPC)。建立液压驱动单元系统数学模型,通过实验辨识出模型参数和系统时滞参数,并进一步建立了模型预测控制的预测模型。对液压驱动单元进行了基于MPMPC和传统MPC控制的仿真和实验,验证了MPMPC控制具有较高的位移跟踪精度。基于Stewart稳定平台与2DOF船体运动模拟平台,搭建了舰船稳定补偿系统,对Stewart稳定平台进行了基于MPMPC和传统MPC控制的仿真和实验,验证了基于MPMPC控制的Stewart舰船稳定平台具有更小的剩余运动。