一种大角度折页式摇摆试验台的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tingyuan2009
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随着我国国防和军事工业的发展,急需打破国外的技术垄断,研制高性能运动模拟器已提上了议事日程。本文以某型舰炮试验台为背景,提出了一种新型折页式摇摆试验台。该机构具有运动范围大、无伴随运动、承载能力强以及抗冲击的特点。为了充分发挥其特点,需要对其运动学、动力学及有关特性进行详尽分析。  本文首先基于螺旋理论对折页式摇摆试验台进行自由度的计算。折页的存在为试验台运动学建模带来很大困难,为此本文基于平面几何原理与速度投影法对折页支链的雅克比矩阵进行求解,从而在运动学分析中得到运动学反解的解析解。通过牛顿迭代法得到折页式摇摆试验台位置正解的数值解。根据运动学正、反解及支腿长度约束条件,基于极坐标搜索法画出了试验台的工作空间。运用凯恩方程法建立了折页式摇摆试验台的多刚体动力学模型,与液压动力机构模型共同组成了折页式摇摆试验台的完整动力学模型。  其次,将折页式摇摆试验台的6个支腿等效成6个弹簧,通过推导系统的广义刚度矩阵与广义质量矩阵,建立了系统振动方程,从理论上推导出折页式4自由度冗余并联机器人的固有频率与固有振型。将理论计算结果与ADAMS仿真结果进行比较,验证了固有频率计算的正确性。由于冗余并联机构的复杂性,先对折页式摇摆试验台的非冗余变体机构进行奇异性分析,通过雅克比矩阵条件数,找到其奇异位形,进而分析折页式摇摆试验台的奇异性,揭示冗余支腿消除奇异的原理。  最后,基于铰点空间控制策略,对折页式摇摆试验台进行PID控制,通过动压反馈校正得到了满足要求的控制性能。针对折页式摇摆试验台各作动器内部存在内力的问题,本文基于逆动力学方程建立了内力模型,通过内力协调控制策略,大幅减小了各作动器中存在的内力,证明了内力协调控制的有效性。分析了理想情况下与非理想情况下的内力,解释了理想情况下内力存在的原因。针对实际工况下,试验台受到冲击力时能否在规定时间内达到稳定的问题,进行了仿真分析,证明了折页式摇摆试验台在冲击载荷下的稳定性。
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