本文關(guān)鍵詞：正交并聯(lián)六自由度加載試驗系統(tǒng)力控制及解耦研究

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【摘要】：空間站在軌運行過程中,對接機構(gòu)機械組件組合體將反復(fù)經(jīng)受交變載荷、姿軌控制等外部施加載荷的影響,從而考驗對接機構(gòu)保持長期組合體狀態(tài)下的連接剛度、強度及氣密性的能力。因此為確保對接機構(gòu)組合體空間在軌中的可靠性,需要在地面試驗中對對接機構(gòu)組合體進行各種載荷的耐受情況測試。本文采用基于正交并聯(lián)機構(gòu)的多軸加載系統(tǒng)為對接機構(gòu)組合體提供多自由度方向上力/力矩加載,完成組合體的疲勞壽命測試。本文首先對多軸加載系統(tǒng)的原理和組成進行介紹,之后對系統(tǒng)運動學(xué)與動力學(xué)進行分析,得到系統(tǒng)各構(gòu)件在位移、速度、作用力之間的相互關(guān)系。由于系統(tǒng)需要輸出較大的力/力矩,因此選擇液壓驅(qū)動的閥控缸作為加載系統(tǒng)的作動器,并完成閥控缸的建模工作。之后采用基于作動器輸出力閉環(huán)的常規(guī)控制方案進行初步加載試驗。試驗發(fā)現(xiàn)加載系統(tǒng)做動態(tài)加載時存在著較為嚴重的力耦合,需要對系統(tǒng)解耦進行研究,提高系統(tǒng)加載精度。為了能夠?qū)虞d系統(tǒng)力耦合現(xiàn)象進行分析,本文建立了Adams-Simulink聯(lián)合仿真模型,分別從幾何結(jié)構(gòu)誤差、作動器控制特性差異、系統(tǒng)動力學(xué)耦合以及模擬負載剛度陣非對角占優(yōu)四個因素出發(fā),分析了各因素對多軸加載系統(tǒng)加載特性的影響。其中,幾何結(jié)構(gòu)誤差造成的耦合可以通過提高機械加工精度及裝配精度來減小,作動器特性差異可以通過選件和調(diào)試進行消除。而加載系統(tǒng)動力學(xué)耦合及模擬負載剛度陣非對角占優(yōu)則與系統(tǒng)和被試件的特性相關(guān),這部分特性引起的耦合可以通過相應(yīng)的控制器進行補償。多軸加載系統(tǒng)的加載力控制方法有很多,但大多從兩個方面出發(fā):一種是利用位姿控制間接的實現(xiàn)加載力控制;另一種是利用系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)之間作用力關(guān)系直接進行加載力控制。文中分別從這兩個角度出發(fā),提出幾何位姿解耦的阻抗控制方法和結(jié)合慣性力補償?shù)钠脚_輸出力閉環(huán)的控制方法,并給出仿真驗證。其中前者是利用力控制器,將力誤差指令轉(zhuǎn)換為位姿偏差,通過位姿解耦控制實現(xiàn)加載力的精確控制。后者則是利用加載平臺輸出力閉環(huán)的方法,將動力學(xué)耦合及模擬負載剛度陣非對角占優(yōu)引起的偏差考慮到控制系統(tǒng)中,并對系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力進行補償。各作動器采用自適應(yīng)控制使各作動器特性造成的偏差最小,由此提高加載系統(tǒng)的控制精度,減小系統(tǒng)加載力的耦合。最后,本文針對所提出的力控制及解耦方法的適用性和有效性進行相關(guān)實驗,通過對比解耦前后的實驗結(jié)果,證明所提出的正交多自由度加載系統(tǒng)力控制及解耦方法的正確性。
【關(guān)鍵詞】：并聯(lián)機構(gòu) 多軸加載系統(tǒng) 耦合特性分析 解耦研究
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V416
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢10-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 國內(nèi)外文獻綜述的簡析14-15
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 多軸加載系統(tǒng)模型建立17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 多軸加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理17-18
• 2.2.1 系統(tǒng)組成17-18
• 2.2.2 系統(tǒng)工作原理18
• 2.3 多軸加載系統(tǒng)運動學(xué)建模18-21
• 2.3.1 坐標系的建立18-19
• 2.3.2 旋轉(zhuǎn)運動的描述19
• 2.3.3 多軸加載系統(tǒng)運動學(xué)反解19-21
• 2.3.4 多軸加載系統(tǒng)運動學(xué)正解21
• 2.4 多軸加載系統(tǒng)動力學(xué)建模21-24
• 2.4.1 靜態(tài)加載力學(xué)分析22-23
• 2.4.2 動態(tài)加載力學(xué)分析23-24
• 2.5 力反解模型的建立24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 多軸加載系統(tǒng)加載力控制及耦合特性研究25-40
• 3.1 引言25
• 3.2 多軸加載系統(tǒng)常規(guī)控制方法25
• 3.3 單缸力控制系統(tǒng)建模25-29
• 3.3.1 液壓動力機構(gòu)建模26-27
• 3.3.2 其他環(huán)節(jié)的建模27-28
• 3.3.3 驅(qū)動力系統(tǒng)整體模型28-29
• 3.4 多軸加載系統(tǒng)性能測試29-32
• 3.4.1 單自由度方向加載試驗29-31
• 3.4.2 組合自由度方向加載試驗31-32
• 3.5 多軸加載系統(tǒng)耦合特性分析32-38
• 3.5.1 Simulink-Adams聯(lián)合仿真模型的建立33-34
• 3.5.2 幾何結(jié)構(gòu)偏差引起的耦合34-36
• 3.5.3 作動器控制特性差異引起的耦合36-37
• 3.5.4 動力學(xué)耦合37
• 3.5.5 模擬負載特性引起的耦合37-38
• 3.6 本章小結(jié)38-40
• 第4章 多軸加載系統(tǒng)解耦研究40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 幾何結(jié)構(gòu)偏差的消除40-41
• 4.3 解耦控制的研究41-51
• 4.3.1 基于位姿解耦的阻抗控制策略41-45
• 4.3.2 結(jié)合慣性力補償?shù)钠脚_輸出力閉環(huán)控制策略45-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 多軸加載系統(tǒng)加載實驗研究52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 試驗系統(tǒng)簡介52-54
• 5.2.1 硬件部分簡介52-53
• 5.2.2 軟件部分簡介53-54
• 5.3 多軸加載系統(tǒng)解耦控制實驗54-58
• 5.3.1 多軸加載系統(tǒng)解耦控制方案可行性判定55-56
• 5.3.2 結(jié)合慣性力補償?shù)钠脚_輸出力閉環(huán)加載實驗56-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果65-67
• 致謝67

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本文編號：717896