位姿解耦型五维混联隔振平台性能分析及半主动控制

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:addegoflywzh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
动态载体在运行过程中,由于受到周围环境的影响,会产生升降、纵摇等多维振动,使载体上的设备(动载设备)不能正常工作甚至遭到破坏。因此对动载设备采取必要的减振措施具有重要意义。本文根据动态载体的普遍振动特点,提出了一种位姿解耦型五维混联半主动隔振平台,并完成了对隔振平台的建模、分析、控制、设计制造及相关实验研究,研究内容主要包括以下几个方面:  首先,提出了一种基于新型五自由度混联机构的半主动隔振平台,建立了平台的运动学模型,并对其运动学性能进行了分析。根据动载设备的振动特点提出了一种新型的位置与姿态解耦的五自由度混联机构并将它作为隔振平台的主体机构。介绍了隔振平台的构成,求解了平台的运动学逆解,并得到了支链驱动器与输出平台之间的速度、加速度关系表达式。阐述了完全可达工作空间的概念,采用完全可达平动工作空间和完全可达转动空间对平台的工作空间进行了评价,并通过数值搜索法进行了仿真。采用雅克比矩阵的条件数评估了平台的灵巧度性能,并研究了灵巧度与机构无量纲参数之间的关系。基于螺旋理论得到了机构的全局刚度矩阵,绘制了机构在受到单位力时的柔度曲线,并采用最大和最小刚度对机构在工作空间内的刚度性能进行了评价。在刚度建模过程中,提出了广义约束雅克比矩阵的概念。  其次,建立了混联隔振平台的闭环动力学模型。根据隔振平台的应用特点,平台的动力学模型必须同时包含上平台和下平台参数,即平台的闭环动力学模型。本文根据牛顿-欧拉方程建立了系统的完整闭环动力学模型,但是其模型非常复杂。为了使动力学模型能够顺利应用到平台控制系统中,文中通过简化得到了平台的简化闭环动力学模型,并通过仿真分析了上下平台的运动对各支链作用力的影响及简化闭环动力学模型的合理性。  然后,研究了混联隔振平台的振动特性,进行了响应分析,并得到了几种特殊振动情况时的解析解。将多自由度模态分析方法应用于多维隔振平台,成功实现了五维隔振平台的解耦分析。以此为基础,得到了平台在无阻尼自由振动、有阻尼自由振动、下平台正弦激励振动以及下平台脉冲激励振动等几种情况下的响应解析表达式,并通过仿真验证了表达式的正确性。最后分析了隔振平台的刚度系数、阻尼系数以及承载质量等力学参数对振动特性的影响,并通过仿真对这些参数进行了选择。  再次,对混联隔振平台的半主动控制策略进行了研究,并提出了一种模糊最优控制方法实现了隔振平台的振动控制。首先采用H∞状态反馈控制策略得到了支链阻尼器的最优阻尼力,然后根据支链的运动状态和基于磁流变阻尼器工作原理的策略得到各个支链阻尼器的实际输出力。另外,为了解决磁流变阻尼器动力学模型的高度非线性问题,本文通过基于遗传算法的模糊模型得到了磁流变阻尼器的输入电流。且在训练模糊模型的过程中提出了一种可以同时优化模糊模型的输入变量选择、规则选择以及隶属度函数的新的编码方法。最后通过仿真对控制策略的有效性进行了验证。  最后,进行了混联隔振平台的参数优化设计及振动控制实验研究。根据隔振理论,采用平台工作空间内的所有自由度方向上固有频率和的最大值作为极小化优化目标,对隔振平台样机参数进行了优化。然后实现了样机的设计加工制造以及控制系统的搭建。最后进行了样机在无控和有控两种模式下,分别在正弦激励信号和随机激励信号作用下的振动控制实验。通过测量上平台的振动参数验证了本文设计的隔振平台及其控制策略的有效性。  本文的研究工作为动载设备五维隔振平台的实际应用奠定了基础。
其他文献
延99井区在正式投入开发以后随着储层天然能量的衰减,开发过程中暴露出一些的问题。为进一步有效开发延99井区,从该井区储层地质特征出发,分析该区块地层、构造、沉积特征,并
当今社会随着人们汽车保有量的不断增加,汽车碰撞事故的总数也逐年增多。对于一般的交通事故,通常可以根据汽车部件的变形以及事故现场的轮胎痕迹等推测事故发生的过程。但是,在