本文關(guān)鍵詞：基于電磁作動(dòng)器的Stewart隔振平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制研究

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【摘要】：航天器在軌運(yùn)行期間主要受到一種振動(dòng)幅值較小,頻率范圍較廣的抖動(dòng)響應(yīng),即微振動(dòng)的影響。由于振動(dòng)幅值很小,微振動(dòng)的影響常常被忽略。然而,對(duì)于高精度的航天器來說,微振動(dòng)會(huì)影響其姿態(tài)穩(wěn)定度和有效載荷的精確指向,迫切需要引入隔振裝置來降低微振動(dòng)對(duì)高精度航天器的影響。Stewart平臺(tái)作為一種典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu),具有剛度大、承重力強(qiáng)和精度高等優(yōu)點(diǎn),在隔振領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用基于電磁作動(dòng)器的6-DOF Stewart隔振平臺(tái)對(duì)航天器微振動(dòng)問題進(jìn)行主動(dòng)控制研究,主要研究內(nèi)容包括以下幾方面:首先介紹了本文采用的電磁作動(dòng)器的隔振原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。簡述了與電磁作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的電磁場(chǎng)基本理論;在此基礎(chǔ)上,闡述了電磁作動(dòng)器的工作原理和隔振原理;提出了電磁作動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該遵循的一些原則,并給出了作動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu);通過軟件仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方式得到了作動(dòng)器的重要參數(shù)-力常數(shù),兩者的對(duì)比驗(yàn)證了作動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。建立了基礎(chǔ)激勵(lì)作用下Stewart隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方程。采用Newton-Euler法,對(duì)支腿和上平臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析,得到了任務(wù)空間下的6個(gè)自由度的動(dòng)力學(xué)方程;根據(jù)微振動(dòng)的工作環(huán)境對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了線性化處理。采用遺傳算法對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)各向同性優(yōu)化,得到了Stewart隔振平臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)線性化的動(dòng)力學(xué)方程的剛度矩陣和阻尼矩陣進(jìn)行了解耦,保證平臺(tái)具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性;在解耦結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)基于固有頻率的動(dòng)力學(xué)各項(xiàng)同性指標(biāo);采用遺傳算法對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,基于優(yōu)化結(jié)果采用Solidworks軟件建立了平臺(tái)的3-D模型以驗(yàn)證其裝配特性,并在實(shí)驗(yàn)室中制造了實(shí)際模型。采用H_∞魯棒控制算法對(duì)Stewart隔振平臺(tái)進(jìn)行了微振動(dòng)環(huán)境下的振動(dòng)主動(dòng)控制研究。仿真結(jié)果表明在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)能達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo),為主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行打下了良好的基礎(chǔ);對(duì)Stewart平臺(tái)進(jìn)行正弦掃頻實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性以及H_∞魯棒控制算法在Stewart平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制應(yīng)用中的有效性。
【關(guān)鍵詞】：微振動(dòng) 電磁作動(dòng)器 Stewart隔振平臺(tái) 優(yōu)化 H_∞魯棒控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V441;TB535
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題的來源10
• 1.2 課題的研究背景、目的和意義10-12
• 1.3 Stewart平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.3.1 Stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 Stewart平臺(tái)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 Stewart平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.4 Stewart隔振平臺(tái)作動(dòng)器種類和控制算法研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 電磁作動(dòng)器的隔振原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 電磁作動(dòng)器相關(guān)理論基礎(chǔ)19-22
• 2.2.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度19-20
• 2.2.2 麥克斯韋方程組20-22
• 2.2.3 洛倫茲力22
• 2.3 電磁作動(dòng)器的隔振原理22-26
• 2.3.1 電磁作動(dòng)器的工作原理22-24
• 2.3.2 電磁作動(dòng)器的隔振原理24-26
• 2.4 電磁作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-28
• 2.5 電磁作動(dòng)器力常數(shù)的仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)定28-32
• 2.5.1 電磁作動(dòng)器力常數(shù)的仿真計(jì)算28-29
• 2.5.2 電磁作動(dòng)器力常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定29-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 Stewart隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)建模33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 Stewart隔振平臺(tái)的模型33-34
• 3.3 支腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析34-37
• 3.3.1 雅克比矩陣的求解34-35
• 3.3.2 球鉸的安裝角度35-36
• 3.3.3 支腿質(zhì)心的加速度36-37
• 3.4 支腿的動(dòng)力學(xué)分析37-39
• 3.4.1 支腿的動(dòng)力學(xué)分析37-38
• 3.4.2 支腿中的驅(qū)動(dòng)力38-39
• 3.5 上平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)分析39-41
• 3.5.1 任務(wù)空間方程39-41
• 3.5.2 關(guān)節(jié)空間方程41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第4章 Stewart隔振平臺(tái)的各向同性參數(shù)優(yōu)化42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 解耦結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)各向同性42-43
• 4.3 基于遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化43-51
• 4.3.1 遺傳算法簡介44-46
• 4.3.2 優(yōu)化目標(biāo)及優(yōu)化過程46-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 Stewart隔振平臺(tái)的振動(dòng)主動(dòng)控制研究52-70
• 5.1 引言52
• 5.2 H_∞魯棒控制理論基礎(chǔ)52-53
• 5.3 數(shù)值仿真53-63
• 5.3.1 廣義系統(tǒng)的建立53-57
• 5.3.2 控制器的求解57-58
• 5.3.4 數(shù)值仿真結(jié)果58-63
• 5.4 實(shí)驗(yàn)研究63-69
• 5.4.1 主動(dòng)控制振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理63-64
• 5.4.2 主動(dòng)控制振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置64-67
• 5.4.3 Stewart隔振平臺(tái)正弦掃頻實(shí)驗(yàn)67-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及成果77-79
• 致謝79-80
• 個(gè)人簡歷80

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本文編號(hào)：626088