基于Stewart機(jī)構(gòu)的隔振技術(shù)研究
本文關(guān)鍵詞:基于Stewart機(jī)構(gòu)的隔振技術(shù)研究
更多相關(guān)文章: 隔振 Stewart機(jī)構(gòu) 四元數(shù) 凱恩方法 剛?cè)狁詈?/b> PID控制 聯(lián)合仿真
【摘要】:隨著高分辨率遙感影像在人類社會(huì)生活中作用日益突出,以高分辨遙感衛(wèi)星為代表的高精度航天器必將成為未來各國的研究熱點(diǎn)。高分辨率空間系統(tǒng)需要的“超靜意義”力學(xué)環(huán)境受到航天器微振動(dòng)的嚴(yán)重影響。抑制航天器微振動(dòng)的最重要技術(shù)之一是航天器多自由度隔振。Stewart機(jī)構(gòu)是一種空間六自由度高精度運(yùn)動(dòng)平臺,結(jié)合Stewart機(jī)構(gòu)理論與隔振技術(shù),開展六自由度隔振技術(shù)的研究具有重大戰(zhàn)略意義。 為此,本文提出了基于Stewart機(jī)構(gòu)的六自由度隔振方案,采用理論建模和仿真分析深入研究基于Stewart機(jī)構(gòu)的隔振技術(shù)。論文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下: 1.詳細(xì)探討了單自由度被動(dòng)隔振、主動(dòng)隔振和主被動(dòng)聯(lián)合隔振的設(shè)計(jì)方案,對三種隔振方案進(jìn)行理論建模和特性分析。研究了在不同控制規(guī)律下主動(dòng)力對系統(tǒng)特性的影響,得到絕對位置反饋和絕對速度反饋能顯著提高低頻隔振性能的結(jié)論。綜合被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振的特性,提出了一種可行的具有較大隔振帶寬的主被動(dòng)聯(lián)合隔振方案,奠定了多自由度隔振的基礎(chǔ)。 2.對單框架控制力矩陀螺在多種工況下的振動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試,分析了振動(dòng)的量級和帶寬。設(shè)計(jì)了控制力矩陀螺六自由度柔性主被動(dòng)聯(lián)合隔振平臺的一體化結(jié)構(gòu)形式。以柔性虎克鉸和柔性球鉸代替?zhèn)鹘y(tǒng)被動(dòng)鉸鏈,消除了鉸鏈間的碰撞和摩擦。 3.研究了以四元數(shù)描述三維空間中物體轉(zhuǎn)動(dòng)的方法,在四維矢量空間中研究隔振平臺的正向運(yùn)動(dòng)學(xué),導(dǎo)出了形式上簡單、對稱的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程——八元二次多項(xiàng)式方程組。構(gòu)造了快速收斂的正向求解算法,能快速計(jì)算上平臺相對下平臺的唯一位姿。進(jìn)行了1KHz采樣頻率的動(dòng)態(tài)仿真,結(jié)果表明在進(jìn)行四次迭代計(jì)算后,計(jì)算誤差下降至10-15量級,驗(yàn)證了該方法的有效性。 4.詳細(xì)闡述了以凱恩方法在任務(wù)空間中建立隔振平臺的多剛體動(dòng)力學(xué)模型的過程,以張量的乘法運(yùn)算代替函數(shù)求導(dǎo)運(yùn)算,動(dòng)力學(xué)方程簡單規(guī)范,編程計(jì)算容易。為獲得較精確的動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果,建立了隔振平臺的剛?cè)狁詈戏抡嬗?jì)算模型,分析了陀螺群在線振動(dòng)和姿態(tài)振動(dòng)兩種情況下彈簧等柔性構(gòu)件的應(yīng)力動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 5.根據(jù)多剛體動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算了六自由度隔振平臺的固有頻率,設(shè)計(jì)了六自由度被動(dòng)隔振帶寬,優(yōu)化了被動(dòng)隔振器的阻尼系數(shù)。設(shè)計(jì)了六自由度主被動(dòng)聯(lián)合隔振控制方案,提出了以下平臺絕對速度反饋的PID控制策略,在ADAMS和Matlab環(huán)境下構(gòu)建控制系統(tǒng)模型,進(jìn)行聯(lián)合仿真計(jì)算,驗(yàn)證了控制策略的有效性。
【關(guān)鍵詞】:隔振 Stewart機(jī)構(gòu) 四元數(shù) 凱恩方法 剛?cè)狁詈?/strong> PID控制 聯(lián)合仿真
【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】:2014
【分類號】:TB535.1;TH112
【目錄】:
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-13
- 第一章 緒論13-24
- 1.1 課題背景、研究目的及意義13-14
- 1.1.1 課題背景13
- 1.1.2 研究目的及意義13-14
- 1.2 隔振技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀14-17
- 1.2.1 被動(dòng)隔振15
- 1.2.2 半主動(dòng)隔振15-16
- 1.2.3 主動(dòng)隔振16-17
- 1.2.4 主被動(dòng)聯(lián)合隔振17
- 1.3 基于 Stewart 機(jī)構(gòu)的隔振技術(shù)研究現(xiàn)狀17-23
- 1.3.1 Stewart 機(jī)構(gòu)的相關(guān)理論研究現(xiàn)狀19-20
- 1.3.2 基于 Stewart 機(jī)構(gòu)的隔振平臺的研究現(xiàn)狀20-23
- 1.4 當(dāng)前研究存在的一些問題23
- 1.5 本文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排23
- 1.6 本章小結(jié)23-24
- 第二章 隔振系統(tǒng)的特性分析24-39
- 2.1 引言24
- 2.2 被動(dòng)隔振特性分析24-28
- 2.2.1 被動(dòng)隔振方案24-25
- 2.2.2 被動(dòng)隔振建模與分析25-27
- 2.2.3 被動(dòng)隔振器參數(shù)的確定27-28
- 2.3 主動(dòng)隔振特性分析28-33
- 2.3.1 主動(dòng)隔振方案28
- 2.3.2 主動(dòng)隔振建模與分析28-29
- 2.3.3 不同控制律下的隔振特性分析29-33
- 2.4 主被動(dòng)聯(lián)合隔振特性分析33-38
- 2.4.1 主被動(dòng)聯(lián)合隔振方案33-34
- 2.4.2 主動(dòng)隔振系統(tǒng)位于有效載荷與被動(dòng)隔振器之間的建模與分析34-36
- 2.4.3 主動(dòng)隔振系統(tǒng)位于干擾源與被動(dòng)隔振器之間的建模與分析36-38
- 2.5 本章小結(jié)38-39
- 第三章 六自由度隔振平臺的建模與分析39-75
- 3.1 引言39-40
- 3.2 基于 Stewart 機(jī)構(gòu)的控制力矩陀螺隔振平臺40-45
- 3.2.1 控制力矩陀螺的振動(dòng)特性測試40-43
- 3.2.2 隔振平臺的技術(shù)指標(biāo)和功能要求43
- 3.2.3 隔振平臺的結(jié)構(gòu)形式43-45
- 3.3 剛體的位姿描述45-52
- 3.3.1 旋轉(zhuǎn)矩陣與坐標(biāo)變換45
- 3.3.2 姿態(tài)坐標(biāo):歐拉角與四元數(shù)45-49
- 3.3.3 姿態(tài)分析及其算法49-52
- 3.4 隔振平臺的運(yùn)動(dòng)學(xué)52-58
- 3.4.1 隔振平臺的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型52-53
- 3.4.2 基于四元數(shù)的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型53-55
- 3.4.3 快速正解算法55-56
- 3.4.4 數(shù)值仿真56-58
- 3.5 隔振平臺的動(dòng)力學(xué)58-67
- 3.5.1 凱恩方法58-59
- 3.5.2 坐標(biāo)系的建立與位姿描述59-60
- 3.5.3 速度與角速度60-61
- 3.5.4 加速度與角加速度61-62
- 3.5.5 偏速度和偏角速度62-64
- 3.5.6 動(dòng)力學(xué)方程64-65
- 3.5.7 數(shù)值仿真65-67
- 3.6 隔振平臺的剛?cè)狁詈戏治?/span>67-73
- 3.6.1 剛?cè)狁詈系母拍?/span>67
- 3.6.2 剛性構(gòu)件的柔性化67-69
- 3.6.3 剛?cè)狁詈夏P偷慕⑴c計(jì)算69-73
- 3.7 本章小結(jié)73-75
- 第四章 控制力矩陀螺隔振平臺的主被動(dòng)聯(lián)合隔振75-88
- 4.1 引言75
- 4.2 隔振平臺的固有頻率分析75-77
- 4.3 隔振平臺的被動(dòng)隔振設(shè)計(jì)與分析77-82
- 4.3.1 被動(dòng)隔振的帶寬設(shè)計(jì)77-80
- 4.3.2 阻尼對隔振效果的影響80-82
- 4.4 隔振平臺的主被動(dòng)聯(lián)合隔振控制82-87
- 4.4.1 PID 控制82-83
- 4.4.2 ADAMS 與 Matlab 聯(lián)合仿真83-84
- 4.4.3 Stewart 隔振平臺的 PID 控制方案84-85
- 4.4.4 隔振平臺主被動(dòng)聯(lián)合隔振控制85-87
- 4.5 本章小結(jié)87-88
- 第五章 總結(jié)與展望88-91
- 5.1 總結(jié)88-89
- 5.2 展望89-91
- 參考文獻(xiàn)91-97
- 致謝97-98
- 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98
【參考文獻(xiàn)】
中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條
1 張磊,劉永光,付永領(lǐng),何琳;基于磁致伸縮作動(dòng)器的主動(dòng)隔振系統(tǒng)分析[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2004年06期
2 張振華;楊雷;龐世偉;;高精度航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境分析[J];航天器環(huán)境工程;2009年06期
3 李維嘉;Stewart 運(yùn)動(dòng)平臺的雅可比矩陣條件數(shù)的研究[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1997年11期
4 程世利;吳洪濤;王超群;姚裕;朱劍英;;基于正交補(bǔ)的6-3 Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解[J];中國機(jī)械工程;2011年05期
5 楊熾夫;鄭淑濤;靳軍;朱思斌;韓俊偉;;Forward kinematics analysis of parallel manipulator using modified global Newton-Raphson method[J];Journal of Central South University of Technology;2010年06期
中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條
1 劉磊;航天器主動(dòng)隔振及精確定向控制技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年
2 王曉雷;氣動(dòng)隔振器及八作動(dòng)器隔振平臺控制問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年
,本文編號:1037090
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