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二自由度并联机构物理仿真平台控制系统研究
| 论文题名： | 二自由度并联机构物理仿真平台控制系统研究 |
| 关键词： | 液压系统;虚拟现实仿真;二自由度并联机构;船舶横摇运动;线性模型;海浪谱 |
| 摘要： | 船舶在海上的摇荡运动主要是由海浪引起的，为了进一步研究船舶运动的性能，有必要对海浪进行研究。利用虚拟现实技术模拟海浪，不仅给人身临其境的感觉，而且具有可靠性、经济性、无破坏性和安全性等诸多优点，得到各国学者广泛的研究。随着航海和船舶技术的发展，船舶运动模拟技术同步发展起来，且并联机构被广泛运用到船舶运动模拟中。本文提出运用二自由度并联机构实现模拟船舶在海上的摇摆运动，主要研究内容概括如下: 对随机海浪进行分析研究，建立基于海浪谱的海浪运动数学模型;对海浪波倾角进行建模，且根据船舶航行的实际情况修正海浪波倾角;在随机海浪作用下，分析船舶横摇运动的受力情况，建立在小角度情况下船舶横摇运动的线性模型。利用MATLAB对上述数学模型分别进行仿真研究。 设计了一种二自由度结构的并联机构。运用坐标旋转变换法，对并联机构的运动学进行分析，得到该机构的位置逆解模型，推算出其位置逆解的解析解。建立Sim Mechanics的二自由度并联机构模型，对并联机构的运动进行了仿真研究。 设计了二自由度并联机构的液压系统。推导出单缸液压系统正反向的非线性模型及状态空间模型，并从工程应用的角度简化模型，建立其正反向的传递函数;运用MATLAB中的SimHydraulics工具箱，建立单缸液压闭环控制系统的仿真模型，对液压系统进行仿真研究，验证了液压系统模型的正确性和PID控制器的有效性。 设计了二自由度并联机构的通信系统。对TCP/IP协议族的各层协议和套接字进行分析讨论，详细地比较套接字模式和套接字I/O模型，得到一个高效的、实时性较好的、可靠的通信系统设计方案。详细介绍了上位机通信系统和下位机通信系统的实现过程。 分析研究海浪网格模型，对Yin模型、梯形网格模型、同心圆网格模型和二叉树分割模型四种网格模型进行比较，提出了一种层次细节的同心扇形网格模型;在VC++6.0中实现了在海浪环境下船舶摇荡运动视景仿真系统，利用同心扇形网格模型实现海浪网格，并考虑光照效果和海面对天空的反射效果，运用多重纹理映射技术对海浪进行渲染，同时基于船舶横摇运动模型实现了船舶横摇运动的虚拟现实仿真;运用MATLAB中Virtual Reality Toolbox工具箱实现了二自由度并联机构的虚拟现实仿真。 |
| 作者： | 涂权招 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 彭侠夫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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