本文關(guān)鍵詞：多自由并聯(lián)跟蹤結(jié)構(gòu)研究

  更多相關(guān)文章： 六自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu) 望遠鏡跟蹤架 運動學(xué) 動力學(xué) 優(yōu)化設(shè)計 剛度 虛擬樣機技術(shù) 聯(lián)合控制

【摘要】：隨著望遠鏡的口徑不斷增大以及特殊領(lǐng)域的應(yīng)用要求,本文針對一種新型的望遠鏡跟蹤架結(jié)構(gòu)——六自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)在跟蹤時出現(xiàn)的重要問題,以理論分析及基于虛擬樣機的仿真技術(shù)為主展開了相關(guān)研究。這種結(jié)構(gòu)主要用于特定小范圍內(nèi)或者空間跟蹤觀測,可使得整個跟蹤系統(tǒng)的重量體積小、承載能力強、剛度高、響應(yīng)速度快。首先介紹了傳統(tǒng)大型望遠鏡跟蹤架結(jié)構(gòu)及相關(guān)課題背景,闡明本論文選題的目的及意義;接著從幾個角度分析了新型并聯(lián)跟蹤架用于望遠鏡跟蹤的可行性,并詳細介紹了國內(nèi)外關(guān)于該新型機構(gòu)用于跟蹤結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)問題分析以及未來的發(fā)展趨勢。然后確定了該新型并聯(lián)跟蹤平臺的結(jié)構(gòu)形式,對該結(jié)構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)模型進行理論分析,為后續(xù)結(jié)構(gòu)剛度分析和控制分析打下基礎(chǔ),從結(jié)構(gòu)原理上驗證了該六自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)用于新型望遠鏡跟蹤架的可行性。基于Adams建立了新型跟蹤結(jié)構(gòu)簡化的三維參數(shù)化虛擬樣機模型,并進行相關(guān)運動學(xué)正反解及動力學(xué)仿真,分析該新型跟蹤結(jié)構(gòu)的運動及動力特性規(guī)律;接著建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并基于Adams軟件的優(yōu)化工具對該新型跟蹤結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,初步確定并聯(lián)跟蹤平臺的大致尺寸規(guī)模。然后總結(jié)了新型跟蹤結(jié)構(gòu)的主要尺寸參數(shù)確定原則,并將其與傳統(tǒng)地平式跟蹤架作對比凸顯其優(yōu)劣勢所在。以并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)分析為基礎(chǔ),建立了該并聯(lián)機構(gòu)的靜態(tài)剛度計算模型,并通過Matlab計算得到動平臺在相同外載荷、不同位姿下,由靜態(tài)剛度引起的位姿偏差,并分析靜剛度及位姿偏差隨位姿變化的規(guī)律。然后建立了電動缸的動、靜態(tài)剛度模型,分析了動平臺在快速響應(yīng)跟蹤運動過程中產(chǎn)生的時變載荷激勵對電動缸動剛度的影響,進而可通過雅克比矩陣研究整個并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動剛度。研究結(jié)果可作為以后的結(jié)構(gòu)設(shè)計、伺服控制以及系統(tǒng)振動控制的重要參考。最后,基于運動學(xué)模型的鉸點控制策略,利用Adams與Simulink的優(yōu)點,建立了整個系統(tǒng)的聯(lián)合仿真控制模型,得到快速、慢速目標的跟蹤控制結(jié)果以及動平臺旋轉(zhuǎn)中心的離心誤差。根據(jù)跟蹤仿真的結(jié)果提出了對控制方案策略及控制算法進一步改善提高的要求及建議,并從控制角度有力地驗證了該新型跟蹤結(jié)構(gòu)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：六自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu) 望遠鏡跟蹤架 運動學(xué) 動力學(xué) 優(yōu)化設(shè)計 剛度 虛擬樣機技術(shù) 聯(lián)合控制
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH743
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 引言9-18
• 1.1 選題的背景、目的及意義9-11
• 1.1.1 傳統(tǒng)大型望遠鏡跟蹤架結(jié)構(gòu)概述9-10
• 1.1.2 選題背景、目的及意義10-11
• 1.2 新型并聯(lián)跟蹤架的可行性分析11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-16
• 1.3.1 六自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)簡介12-13
• 1.3.2 核心技術(shù)問題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.3 發(fā)展趨勢15-16
• 1.4 論文研究路線及內(nèi)容安排16-18
• 第2章 六自由度并聯(lián)機構(gòu)理論分析18-22
• 2.1 平臺結(jié)構(gòu)形式18-19
• 2.2 運動學(xué)分析19-21
• 2.2.1 建立坐標系19
• 2.2.2 位姿描述19-20
• 2.2.3 運動學(xué)反解20-21
• 2.3 動力學(xué)模型21
• 2.4 小結(jié)21-22
• 第3章 參數(shù)化建模、仿真及優(yōu)化設(shè)計22-37
• 3.1 Adams虛擬樣機技術(shù)簡介22-23
• 3.2 Adams參數(shù)化建模23-26
• 3.2.1 設(shè)計變量選取及取值范圍23-24
• 3.2.2 結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點坐標參數(shù)化24
• 3.2.3 建立模型并添加運動副24-25
• 3.2.4 添加驅(qū)動25-26
• 3.3 運動仿真26-28
• 3.3.1 運動學(xué)反解仿真26-27
• 3.3.2 運動學(xué)正解仿真27
• 3.3.3 動力學(xué)仿真27-28
• 3.4 優(yōu)化設(shè)計28-34
• 3.4.1 確定設(shè)計變量29
• 3.4.2 建立目標函數(shù)29-30
• 3.4.3 定義約束30-32
• 3.4.4 優(yōu)化設(shè)置32
• 3.4.5 優(yōu)化結(jié)果32-34
• 3.5 六自由度機構(gòu)尺寸綜合34-36
• 3.5.1 各尺寸參數(shù)初步確定原則35-36
• 3.5.2 新型跟蹤架與傳統(tǒng)地平式跟蹤架規(guī)模對比36
• 3.6 小結(jié)36-37
• 第4章 結(jié)構(gòu)剛度分析37-48
• 4.1 剛度分析的必要性37
• 4.2 雅克比矩陣37-40
• 4.3 靜態(tài)剛度及位姿偏差分析40-43
• 4.3.1 剛度計算模型40-41
• 4.3.2 靜態(tài)位姿偏差41-43
• 4.4 動態(tài)剛度模型分析43-46
• 4.4.1 電動缸靜剛度模型43-44
• 4.4.2 電動缸動剛度模型44-46
• 4.5 小結(jié)46-48
• 第5章Adams與Simulink聯(lián)合控制仿真48-62
• 5.1 聯(lián)合控制仿真概述48-49
• 5.2 控制方案49
• 5.2.1 基于鉸空間的控制方法49
• 5.2.2 基于系統(tǒng)模型的控制方法49
• 5.3 數(shù)學(xué)模型49-51
• 5.3.1 直流伺服電機49-51
• 5.3.2 絲桿傳遞裝置51
• 5.4 確定Adams的輸入和輸出51-54
• 5.4.1 控制系統(tǒng)的輸入輸出流程51-52
• 5.4.2 確定ADAMS的輸入和輸入函數(shù)52-53
• 5.4.3 確定輸出變量53
• 5.4.4 定義ADAMS/Controls模塊兒的輸入變量53-54
• 5.5 控制系統(tǒng)建模54-56
• 5.6 仿真分析56-58
• 5.7 低速運動目標的跟蹤控制效果58-59
• 5.8 動平臺旋轉(zhuǎn)中心的離心誤差分析59-60
• 5.9 小結(jié)60-62
• 第6章 全文工作總結(jié)及展望62-66
• 6.1 論文主要的研究工作62-64
• 6.2 論文主要創(chuàng)新點64
• 6.3 下一步工作及展望64-66
• 參考文獻66-69
• 附錄A69-72
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果72-73

【參考文獻】

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本文編號：641198