基于模型的液壓六自由度運動平臺自適應控制研究.pdf

1、隨著半實物仿真技術的迅速發(fā)展，運動模擬器被廣泛應用于航空、航天、航海、車輛及娛樂等軍用和民用領域的產品開發(fā)以及駕駛員訓練過程中。液壓六自由度運動平臺因其具有剛度大、推重比高及模擬出各種空間運動姿態(tài)等優(yōu)點而被應用于絕大部分運動模擬器的運動系統(tǒng)。由于液壓六自由度運動平臺的動態(tài)性能直接關系到運動模擬的逼真度，而先進的運動控制是實現良好動態(tài)性能的關鍵技術之一。因此，深入地研究液壓六自由度運動平臺的控制策略及其相關的參數辨識方法，以提高液壓六自由

2、度運動平臺的動態(tài)響應性能具有十分重要的意義。
　　在查閱大量國內外有關文獻的基礎上，概述了液壓六自由度運動平臺的結構與特點，闡述了國內外液壓六自由度運動平臺的應用與發(fā)展概況，全面綜述了液壓六自由度運動平臺關鍵技術研究現狀，提出了論文主要研究內容。
　　機械系統(tǒng)動力學模型是研究液壓六自由度運動平臺控制策略的重要組成部分。首先，基于考慮液壓缸慣性影響的完整動力學模型，分析了液壓缸慣性以及動力學模型中各項在各種工況下對驅動分支出力

3、的影響，以簡化動力學模型結構；然后對液壓六自由度運動平臺的動力學模型結構進行了分析，將液壓缸慣性對動力學方程的影響等效為上平臺慣性參數的變化，建立了以平臺慣性參數為變量的線性化動力學方程，為運動平臺參數辨識與基于模型的控制策略研究奠定了基礎。
　　準確的模型參數是研究液壓六自由度運動平臺控制策略的基礎。為了辨識整個系統(tǒng)的模型參數，將系統(tǒng)模型分為液壓驅動模型部分和機械負載模型部分。為得到液壓驅動模型參數，建立了液壓六自由度運動平臺液

4、壓驅動分支非線性模型的辨識模型和驗證模型，采用遺傳算法作為辨識方法，獲得了液壓驅動模型參數并經實驗數據驗證了所辨識參數的正確性；針對機械負載模型部分，提出了采用多步法結合動力學濾波技術進行慣性參數辨識，解決了常規(guī)辨識方法難于辨識的問題。通過兩部分辨識得到了整個液壓六自由度運動平臺模型的全部參數，為后續(xù)基于非線性模型的控制器設計提供了模型參數依據。
　　作為液壓六自由度運動平臺的關鍵技術，本文集中研究了基于關節(jié)空間和任務空間的控制策

5、略以解決不同應用環(huán)境中的控制問題。首先針對液壓六自由度運動平臺工作過程中驅動分支參數攝動量大和負載大范圍變化等問題，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性，提出了一種基于關節(jié)空間非線性模型的反步自適應控制策略，該控制策略對動力學干擾力進行了補償，通過引入動態(tài)面避免了加速度反饋，仿真結果表明其有效地抑制了系統(tǒng)參數大范圍攝動、關節(jié)間的動力學干擾力以及外界干擾的影響，提高了液壓六自由度運動平臺的控制跟蹤性能。其次針對液壓六自由度運動平臺工作過程中動力學交聯(lián)耦合

6、和參數不確定性等問題，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性，提出了一種基于任務空間非線性模型的反步自適應控制策略，該控制策略基于系統(tǒng)的完整非線性動力學模型，適用于全工作空間，通過引入動態(tài)面避免了加速度反饋，仿真結果表明其有效地抑制了系統(tǒng)參數不確定性、動力學非線性與自由度間交聯(lián)耦合的影響，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高了系統(tǒng)的跟蹤能力。
　　最后，對所研究的內容在液壓六自由度運動平臺上進行實驗研究，并對實驗結果進行分析驗證了理論分析、參數辨識以及控制策