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重载串并联摇摆台驱动及控制系统研究
| 论文题名： | 重载串并联摇摆台驱动及控制系统研究 |
| 关键词： | 重载船舶;串并联摇摆台;自适应形变补偿;关节空间控制;单驱动支链 |
| 摘要： | 摇摆台是一种用于模拟空间运动的性能测试装备，广泛应用于航空、航天、船舶、车辆、游戏娱乐等领域。其中，用于海陆空天等大型工程领域的摇摆台具有承载能力高、构型复杂、驱动冗余、结构变形等特点，给摇摆台驱动及控制系统的设计带来了巨大挑战。本文针对用于某大型重载船舶部件运动模拟的两自由度串并联摇摆台，基于运动需求分析设计了包含液压缸、液压阀组、液压源的冗余驱动系统，建立了摇摆台单驱动支链和整体系统模型，提出了基于自适应形变补偿的摇摆台非线性控制方法，并基于摇摆台多学科联合仿真平台对所设计的驱动及控制系统进行了全面验证。主要研究内容如下： (1)串并联摇摆台驱动及控制研究概述。介绍了摇摆台的研究背景，说明了串并联摇摆台驱动及控制研究的必要性，综述了国内外串并联摇摆台驱动及控制的研究现状，指出了巳有串并联摇摆台驱动及控制系统的不足之处，提出了本文的研究目标及主要研究内容，建立了本文的结构框架。 (2)串并联摇摆台驱动系统设计。建立了串并联摇摆台的运动学正逆解模型和刚体动力学模型，对驱动系统的运动需求进行了详细分析，设计了包含液压缸、液压阀组、液压源的串并联摇摆台冗余驱动系统，为后续控制系统的设计奠定了基础。 (3)串并联摇摆台建模与控制方法分析。基于关节空间控制方法，建立了串并联摇摆台单驱动支链模型，分析了单驱动支链的控制特性，提出了单驱动支链的非线性控制方法，通过串并联摇摆台单驱动支链仿真模型，验证了所提出的非线性控制方法相比于实际工程常用控制方法的优势。进一步，建立了串并联摇摆台驱动系统模型，提出了一种冗余驱动力分配方法，设计了串并联摇摆台驱动系统的整体控制方法。 (4)串并联摇摆台形变补偿方法研究。建立了考虑形变的串并联摇摆台单驱动支链模型，设计了摇摆台框架形变的扩展状态观测器，提出了基于框架形变观测器的驱动支链自适应轨迹规划方法，通过考虑形变的串并联摇摆台单驱动支链仿真模型，验证了框架形变观测器的可靠性，并提出了观测器的最佳参数选取策略。 (5)基于多学科联合仿真平台的特性验证。建立了串并联摇摆台的多学科联合仿真模型，开发了串并联摇摆台的多学科联合仿真平台，基于极限工况测试充分验证了所设计驱动系统的功能与性能，基于多工况测试全面验证了所提出控制方法的性能。 |
| 作者： | 郑嘉琦 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 欧阳小平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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