【摘要】： 搖擺試驗臺可以模擬各種空間運(yùn)動姿態(tài),在飛行模擬器、船舶運(yùn)動模擬器、坦克模擬器和地震模擬器等領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用。目前已有的試驗臺在精度和帶載能力上還不能完全滿足實際的需要,并且因采用液壓驅(qū)動方式,維護(hù)成本高、容易產(chǎn)生污染。本文研究設(shè)計了一種新型的搖擺臺系統(tǒng),采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)、電機(jī)驅(qū)動、半閉環(huán)和全閉環(huán)組合控制的方式,滿足了靜態(tài)定位精度高、連續(xù)搖擺運(yùn)動平滑和高帶載能力的要求。 本文首先對搖擺臺的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)動插補(bǔ)技術(shù)和運(yùn)動控制器技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。利用先進(jìn)的約束螺旋理論消除虛約束的影響并對搖擺臺進(jìn)行了自由度分析。數(shù)字仿真驗證了機(jī)構(gòu)設(shè)計和理論分析的正確性。隨后,論文對搖擺臺進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析,求得了位置逆解的解析表達(dá)式。同時還討論了特定輸入條件下的運(yùn)動正解。分析結(jié)果表明,在合適的電動缸伸縮量條件下,搖擺臺運(yùn)動正解也是唯一的,確保了搖擺臺位置控制的準(zhǔn)確性和唯一性。 本研究利用運(yùn)動控制卡、伺服電缸和高精度光電編碼器構(gòu)建了半閉環(huán)和全閉環(huán)組合控制系統(tǒng)。設(shè)計了連續(xù)轉(zhuǎn)動和點動兩種運(yùn)動模式下的控制方案,并實現(xiàn)了連續(xù)轉(zhuǎn)動中的零速啟動。 在簡要介紹運(yùn)動控制卡開發(fā)環(huán)境后,給出了兩種運(yùn)動模式的軟件實現(xiàn)方案。為方便用戶操作和監(jiān)控?fù)u擺臺實際運(yùn)動情況,通過利用運(yùn)動控制卡和數(shù)字I/O卡控件,利用VB.NET設(shè)計了計算機(jī)顯示及監(jiān)控軟件,界面方便、友好。 最后在不同的運(yùn)動模式下,對系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行了實驗證。實驗數(shù)據(jù)表明,搖擺臺靜態(tài)定位誤差可達(dá)到15角秒。通過誤差補(bǔ)償,雙軸正弦搖擺運(yùn)動的失真度小于5%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：V216.8;TP337
【圖文】：

圖 1-1 串聯(lián)式搖擺試驗臺結(jié)構(gòu)圖 1-1 所示，負(fù)載放在內(nèi)框之上，內(nèi)框可繞 做士 20°搖擺，外框可繞 Z 軸做 15°搖擺，和艏搖的運(yùn)動。整個臺體采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，使增量式編碼器進(jìn)行位置反饋，內(nèi)框和中框的內(nèi)框及中框的定位，外框采用一個接近開關(guān)定

圖 1-1 串聯(lián)式搖擺試驗臺結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1 所示，負(fù)載放在內(nèi)框之上，內(nèi)框可繞 X Y 軸做士 20°搖擺，外框可繞 Z 軸做 15°搖擺，分、縱搖和艏搖的運(yùn)動。整個臺體采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，使用，采用增量式編碼器進(jìn)行位置反饋，內(nèi)框和中框的軸實現(xiàn)內(nèi)框及中框的定位，外框采用一個接近開關(guān)定位[24]

飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員的 6-SPS 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、承載能力大、剛度好、精度高、無誤差積累、系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度快等特點，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-3 所示。圖 1-3 6-SPS 并聯(lián)式試驗臺從圖1-3中我們可以看出，6-SPS并聯(lián)驅(qū)動平臺由一個固定平臺、一個運(yùn)動平臺(兩個平臺可根據(jù)需要固定其中的任意一個)以及六個可伸縮支撐桿組成，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平臺和固定平臺都是六邊形，并以 6 個移動副作為輸入，這種機(jī)構(gòu)又稱為Stewart 平臺，最先應(yīng)用于 6 自由度的飛行模擬器，近年作為大剛度、高精度的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，吸引了許多學(xué)者的興趣。若將上下平臺的球面副以復(fù)合球面副取代

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