基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多維力加載試驗(yàn)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著機(jī)械、建筑等工業(yè)的飛速發(fā)展,產(chǎn)生了一些受力情況比較復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件。為了保證復(fù)雜受力結(jié)構(gòu)件的在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性,需要相應(yīng)的加載系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行多維力/力矩加載試驗(yàn)。由于并聯(lián)平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)剛度高、承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),而且可以實(shí)現(xiàn)六維力/力矩的加載。本文所研究的多自由度加載系統(tǒng)采用Stewart平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式,通過研究加載力/力矩與并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系,分析并聯(lián)平臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)力的影響,并對(duì)加載力/力矩的控制方法進(jìn)行研究。
　　首先分

2、別推導(dǎo)了靜態(tài)加載和動(dòng)態(tài)加載時(shí)多自由度并聯(lián)力加載試驗(yàn)系統(tǒng)的力學(xué)模型,分析了與系統(tǒng)雅克比矩陣相關(guān)的平臺(tái)位姿對(duì)作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)力的影響,以及廣義加載力變化時(shí)對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型中慣性力、科氏力和重力的影響。建立了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載時(shí)加載力/力矩與并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系。
　　其次,根據(jù)靜態(tài)加載力學(xué)模型,以大型旋挖鉆機(jī)動(dòng)臂加載性能參數(shù)為例,分析不同加載模式下并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)上、下鉸點(diǎn)圓半徑和平臺(tái)高度對(duì)系統(tǒng)作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)力的影響;并給出了以作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力最小為優(yōu)

3、化目標(biāo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法,對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化,確定了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力。
　　針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)力加載試驗(yàn)系統(tǒng)六維力/力矩測(cè)量的實(shí)際問題,提出了一種基于單缸驅(qū)動(dòng)力閉環(huán)的加載力控制方式,根據(jù)作動(dòng)器最大驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行單缸系統(tǒng)設(shè)計(jì),建立了單缸驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)模型,完成了對(duì)單缸系統(tǒng)的頻域和時(shí)域分析。
　　然后,通過運(yùn)用Simulink建立加載系統(tǒng)力/力矩的反解模型和單缸驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)模型,運(yùn)用Simmechanics建立加

4、載系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型和負(fù)載模型,這兩部分組成了完整的多自由度力加載試驗(yàn)系統(tǒng)仿真模型。通過仿真分析了加載系統(tǒng)在不同負(fù)載剛度情況下系統(tǒng)各自由度加載力/力矩的動(dòng)態(tài)特性,為了使系統(tǒng)能夠適應(yīng)一定的負(fù)載剛度范圍,在各驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的力控制器,即通過辨識(shí)的負(fù)載剛度調(diào)整單驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比例增益。最后,分析了所設(shè)計(jì)的力控制器對(duì)系統(tǒng)其他自由度方向加載力/力矩適應(yīng)負(fù)載剛度變化的動(dòng)態(tài)特性的影響。
　　仿真結(jié)果表明,所建立的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載時(shí)多自由度加載