三自由度并聯機構分析與控制策略研究.pdf

1、隨著我國國防和軍事工業(yè)的發(fā)展，迫切需要打破國外的技術壟斷、提高自行武器火控系統(tǒng)測試水準，研制自己的自行武器火控系統(tǒng)實車道路模擬設備提到日程上來。本文以哈爾濱工業(yè)大學電液伺服仿真及試驗系統(tǒng)研究所承接的科研項目“自行武器動態(tài)試驗模擬設備”為背景，對三自由度并聯機構的運動學、動力學、精度及控制策略進行理論分析和實驗研究。
　　三自由度并聯機構是典型Stewart并聯機構的變體，它用三條作動器和三條支撐桿代替Stewart并聯機構中的六條

2、作動器來實現三個自由度的旋轉運動。先建立三條支撐桿的約束方程，推導出運動學反解的解析解，然后在參考Stewart機構正解算法的基礎上給出三自由度并聯機構的運動學正解算法。針對該并聯機構的支撐桿約束方程和結構特點，提出該機構特有的一種收斂快、精度高的運動學正解算法。利用運動學反解和正解算法，對三自由度并聯機構的工作空間和附加平動等進行研究，全面揭示該并聯機構的運動學特性。
　　在動力學研究中，先將三自由度并聯機構簡化成單剛體，采用牛

3、頓-歐拉方程對系統(tǒng)進行動力學建模，利用所建的動力學模型對該機構在典型運動下支撐桿和作動器的受力進行分析。將并聯機構的作動器和支撐桿等效成彈簧，推導系統(tǒng)的廣義剛度矩陣，根據凱恩方程原理對支撐桿和作動器的慣性進行建模，進而推導出三自由度并聯機構的的廣義質量矩陣和固有頻率方程，并對該機構的固有頻率特性進行研究，為分析該三自由度并聯機構的動態(tài)特性特供了依據。
　　在精度研究中，將三自由度并聯機構的制造、裝配以及作動器的控制誤差歸納成42個

4、誤差源，根據運動學反解方程建立系統(tǒng)的誤差模型，并對系統(tǒng)的誤差分布規(guī)律進行仿真分析。為提高三自由度并聯機構的靜態(tài)精度，提出了一種精度綜合的方法。該方法先用靈敏度來描述各項誤差對系統(tǒng)精度的影響，根據靈敏度的大小將誤差源的允許公差分為兩個等級，通過逐步提高各誤差源的精度等級的方法使系統(tǒng)的精度滿足要求。以上研究提高系統(tǒng)的精度提供了重要的參考依據。
　　在控制策略研究中先給出作動器的數學模型，并據此對三自由度并聯機構鉸點空間PID控制、動壓