本文關(guān)鍵詞：六自由度隔振平臺的優(yōu)化與控制研究

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【摘要】：控制力矩陀螺主要用于衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)節(jié),由于其質(zhì)量分布不均等因素引起的微振動會導(dǎo)致衛(wèi)星指向精度、分辨率和星上設(shè)備壽命等性能參數(shù)的下降。隨著高分辨遙影技術(shù)在生活中的作用日益突出,針對力矩陀螺的衛(wèi)星隔振研究具有重大意義。本課題提出了基于Stewart機構(gòu)力矩陀螺隔振方案,在理論建模和仿真分析的基礎(chǔ)上,對力矩陀螺隔振平臺的性能優(yōu)化以及控制系統(tǒng)進行了深入研究。本文的研究內(nèi)容主要如下:1.研究了主被動隔振方案,進行了理論建模和相應(yīng)的特征分析,并討論了質(zhì)量比、阻尼比、固有頻率比對于隔振特性的影響,并對被動隔振模塊中的彈簧和阻尼系數(shù)進行了相應(yīng)的優(yōu)化。對Stewart機構(gòu)的條件數(shù)和剛度進行了分析,并采用多目標進化算法對這一對矛盾的參數(shù)進行了優(yōu)化,得到Pareto最優(yōu)前沿面。2.采用Newton-Euler方法建立了主被動隔振平臺的動力學(xué)模型。通過分析壓電材料的特性,建立了作動器輸出力、作動器輸出位移和作動器電壓之間的方程。根據(jù)Stewart隔振平臺支腿的運動學(xué)和動力學(xué),得出球鉸力與作動器輸出力之間的關(guān)系,進而分析上平臺的動力學(xué),得到隔振平臺的正向動力學(xué)模型,并進行了數(shù)值仿真。3.采用支腿的數(shù)學(xué)模型進行支腿隔振性能的仿真分析,并進行了隔振平臺的控制仿真。對比PID控制與魯棒控制對支腿隔振的性能影響,發(fā)現(xiàn)魯棒控制的抗干擾較強,穩(wěn)定性更好。魯棒控制中,研究了Q、R權(quán)值矩陣的選取對于LQR控制性能的影響,同時根據(jù)實際情況設(shè)計了中間質(zhì)量的位移、速度的降維觀測器;針對支腿隔振的性能要求設(shè)計了H-Infinity控制。最后對隔振平臺進行了聯(lián)合仿真控制,對Z軸方向力傳遞性能和力矩傳遞性能進行了分析,驗證了隔振平臺模型和控制策略的正確性。
【關(guān)鍵詞】：主被動聯(lián)合隔振 參數(shù)優(yōu)化 聯(lián)合仿真 并聯(lián)平臺 魯棒控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題背景、研究目的及意義11-12
• 1.1.1 課題背景11
• 1.1.2 研究目的及意義11-12
• 1.2 基于Stewart平臺隔振的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 Stewart平臺動力學(xué)建模研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 Stewart平臺優(yōu)化研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 Stewart平臺主動控制研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 文章結(jié)構(gòu)安排17-18
• 第二章 隔振平臺參數(shù)優(yōu)化18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 遺傳算法18-20
• 2.2.1 遺傳算法18
• 2.2.2 GA設(shè)計過程18-19
• 2.2.3 GA算子19-20
• 2.3 隔振特性分析20-24
• 2.3.1 性能標準分析20-21
• 2.3.2 主動隔振分析21-24
• 2.4 隔振參數(shù)分析24-26
• 2.4.1 隔振平臺簡化24-25
• 2.4.2 質(zhì)量比因素分析25
• 2.4.3 阻尼比因素分析25-26
• 2.4.4 固有頻率比分析26
• 2.5 支腿參數(shù)優(yōu)化26-28
• 2.6 Stewart平臺構(gòu)型優(yōu)化28-36
• 2.6.1 GA設(shè)計參數(shù)選擇28-29
• 2.6.2 遺傳算法目標函數(shù)選擇29-32
• 2.6.3 GA優(yōu)化32-33
• 2.6.4 多目標優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ33-35
• 2.6.5 基于NSGA-Ⅱ的平臺優(yōu)化35-36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 第三章 基于牛頓-歐拉方法的隔振平臺動力學(xué)建模與分析37-48
• 3.1 引言37
• 3.2 Stewart隔振平臺構(gòu)型分析37-38
• 3.3 Stewart隔振平臺動力學(xué)建模38-46
• 3.3.1 壓電作動分析39
• 3.3.2 支腿運動學(xué)分析39-41
• 3.3.3 支腿動力學(xué)分析41-44
• 3.3.4 Stewart隔振平臺運動學(xué)與動力學(xué)模型44-46
• 3.4 數(shù)值仿真分析46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第四章 主動隔振控制設(shè)計48-66
• 4.1 引言48
• 4.2 星體干擾源分析48-49
• 4.3 基于加速度反饋的PID控制49-52
• 4.3.1 PID控制簡介49-50
• 4.3.2 加速度反饋控制50-52
• 4.4 LQR控制52-57
• 4.4.1 LQR線性二次調(diào)節(jié)器52-53
• 4.4.2 LQR控制設(shè)計53-54
• 4.4.3 降維觀測器設(shè)計54-56
• 4.4.4 LQR控制仿真56-57
• 4.5 H-Infinity控制57-60
• 4.5.1 H-Infinity控制器設(shè)計58-59
• 4.5.2 H-Infinity控制仿真59-60
• 4.6 基于ADAMS的隔振平臺控制60-64
• 4.6.1 Stewart隔振平臺固有頻率61-62
• 4.6.2 Z軸方向力傳遞仿真62-63
• 4.6.3 Z軸方向力矩傳遞仿真63-64
• 4.7 本章小結(jié)64-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 工作總結(jié)66-67
• 5.2 研究展望67-68
• 參考文獻68-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74

【參考文獻】

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本文編號：663422