冗余索并聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的張力解不唯一,為保證隨動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)姿態(tài)可控及索張力連續(xù)平穩(wěn),并且滿足張力在最大最小限制范圍,需要對(duì)其索張力優(yōu)化策略進(jìn)行研究。通過(guò)建立索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,分別運(yùn)用封閉（Closed-Form,CF）優(yōu)化法、常規(guī)最小方差優(yōu)化法及將張力分為上、中、下斜拉的分類最小方差優(yōu)化法對(duì)系統(tǒng)力控工作空間（Force Controllable Workspace,FCWS）以及典型工況的運(yùn)動(dòng)軌跡張力進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,結(jié)果表明:在相同張力限制條件下,采用CF優(yōu)化法計(jì)算的FCWS范圍最小,常規(guī)最小方差優(yōu)化法次之,分類最小方差優(yōu)化法計(jì)算的FCWS最大并滿足系統(tǒng)要求;在相同運(yùn)動(dòng)軌跡條件下,采用CF優(yōu)化法計(jì)算的張力上限最大,常規(guī)最小方差優(yōu)化法次之,分類最小方差優(yōu)化法的張力上限最小并滿足系統(tǒng)要求;將分類最小方差優(yōu)化法在索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行張力試驗(yàn),結(jié)果表明系統(tǒng)張力變化規(guī)律符合該優(yōu)化算法的理論值,證明了該優(yōu)化法的正確性。綜上所述,將分類最小方差優(yōu)化法確定為系統(tǒng)的張力優(yōu)化策略。 

【文章來(lái)源】：航天返回與遙感. 2020,41(06)

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

系統(tǒng)坐標(biāo)系Fig.2Coordinationsystem

第6期陳強(qiáng)等:低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)張力優(yōu)化策略73圖7CF優(yōu)化法索張力曲線圖8常規(guī)最小方差優(yōu)化法索張力曲線Fig.7CFoptimizationtensioncurvesFig.8Generalminimumvarianceoptimizationtensioncurves圖9分類最小方差優(yōu)化法索張力曲線Fig.9Classifiedminimumvarianceoptimizationtensioncurves4分類最小方差優(yōu)化法試驗(yàn)及結(jié)果分析通過(guò)以上分析比較，分類最小方差優(yōu)化法計(jì)算的FCWS最大，典型軌跡曲線張力上限最小，滿足系統(tǒng)要求，下面用該方法對(duì)低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行張力優(yōu)化試驗(yàn)，以驗(yàn)證其正確性。低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)的索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)控制器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)輸出力矩，間接測(cè)量繩索的張力�？刂葡到y(tǒng)采用力/位混合控制模式，首先根據(jù)典型軌跡用分類最小方差優(yōu)化法事先計(jì)算好18根鋼索的張力以及位置的變化曲線；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)上、中斜拉索長(zhǎng)度按照位置變化曲線進(jìn)行位置控制，使隨動(dòng)平臺(tái)按軌跡運(yùn)行；同時(shí)根據(jù)張力曲線控制下斜拉6根鋼索張力大小，當(dāng)張力比理論張力大時(shí)，加速釋放鋼索，當(dāng)張力比理論張力小時(shí)，減速釋放鋼索。如果在運(yùn)行過(guò)程中，上、中斜拉12根鋼索張力變化與其理論張力曲線相符，則說(shuō)明該優(yōu)化算法的正確性。圖10為用分類最小方差優(yōu)化法對(duì)（–10,–10,10）m到（10,10,80）m直線軌跡進(jìn)行張力試驗(yàn)結(jié)果。由結(jié)果可以看出，下斜拉索r13~r18張力按照理論曲線變化，上、中斜拉索r1~r12張力比理論值大300~800N左右，考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性力及摩擦阻力等因素，其變化趨勢(shì)與理論曲線相同，說(shuō)明分類最小方差優(yōu)化法的正確性。

第6期陳強(qiáng)等:低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)張力優(yōu)化策略73圖7CF優(yōu)化法索張力曲線圖8常規(guī)最小方差優(yōu)化法索張力曲線Fig.7CFoptimizationtensioncurvesFig.8Generalminimumvarianceoptimizationtensioncurves圖9分類最小方差優(yōu)化法索張力曲線Fig.9Classifiedminimumvarianceoptimizationtensioncurves4分類最小方差優(yōu)化法試驗(yàn)及結(jié)果分析通過(guò)以上分析比較，分類最小方差優(yōu)化法計(jì)算的FCWS最大，典型軌跡曲線張力上限最小，滿足系統(tǒng)要求，下面用該方法對(duì)低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行張力優(yōu)化試驗(yàn)，以驗(yàn)證其正確性。低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)的索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)控制器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)輸出力矩，間接測(cè)量繩索的張力�？刂葡到y(tǒng)采用力/位混合控制模式，首先根據(jù)典型軌跡用分類最小方差優(yōu)化法事先計(jì)算好18根鋼索的張力以及位置的變化曲線；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)上、中斜拉索長(zhǎng)度按照位置變化曲線進(jìn)行位置控制，使隨動(dòng)平臺(tái)按軌跡運(yùn)行；同時(shí)根據(jù)張力曲線控制下斜拉6根鋼索張力大小，當(dāng)張力比理論張力大時(shí)，加速釋放鋼索，當(dāng)張力比理論張力小時(shí)，減速釋放鋼索。如果在運(yùn)行過(guò)程中，上、中斜拉12根鋼索張力變化與其理論張力曲線相符，則說(shuō)明該優(yōu)化算法的正確性。圖10為用分類最小方差優(yōu)化法對(duì)（–10,–10,10）m到（10,10,80）m直線軌跡進(jìn)行張力試驗(yàn)結(jié)果。由結(jié)果可以看出，下斜拉索r13~r18張力按照理論曲線變化，上、中斜拉索r1~r12張力比理論值大300~800N左右，考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性力及摩擦阻力等因素，其變化趨勢(shì)與理論曲線相同，說(shuō)明分類最小方差優(yōu)化法的正確性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]NASA發(fā)布載人火星探索之路[J]. 李虹琳,李金釗.  中國(guó)航天. 2015(11)
[2]柔索牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜剛度分析[J]. 李輝,朱文白.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(03)
[3]載人火星航行的先期研究[J]. 朱毅麟.  航天器工程. 2006(02)

碩士論文
[1]懸吊式低重力模擬系統(tǒng)控制研究[D]. 曲健剛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]懸吊式低重力模擬系統(tǒng)研究[D]. 蔣銀飛.電子科技大學(xué) 2017
[3]吊索式低重力模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 王啟超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模與控制研究[D]. 顏玉嬌.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3039040