六自由度摇摆台运动控制算法研究

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六自由度摇摆台采用了典型的Stewart并联机构形式,其已成为模型船舶、飞机等运动过程的重要仿真设备。本文在建立的惯性坐标系和连体坐标系的基础上,将六自由度摇摆台的位姿运动转换成坐标化的矩阵运算。论文围绕六自由度摇摆台运动控制算法进行了以下研究:首先,本文分别对六自由度摇摆台的运动学特性和动力学特性进行了研究分析;其中,运动学反解是下面推导运动控制算法的基础,是运动控制系统的运动规划级控制;运动学正解采用了Elman递归神经网络进行逼近求解,从仿真结果可以看出训练好的神经网络有着很好的逼近效果;通过对动力学特性的分析推导,得到了液压驱动力与运动位姿之间的关系,为六自由度摇摆台整体设计提供了一个指标。然后,本文对非对称阀控制非对称液压缸进行了建模研究,推导出了其非线性状态方程和线性化传递函数,并设计了一个前馈干扰补偿器用以抵消外负载干扰力对系统输出的影响,为下面运动控制算法的推导提供了被控对象数学模型。接着,针对六自由度摇摆台的特性,本文分别推导了基于同步控制思想的PID控制律、基于增广线性二次型调节器的控制律以及基于反演策略的控制律,三种控制律是运动控制系统的执行级控制。最后,本文建立了仿真模型,验证了所采用的三种六自由度摇摆台运动控制算法的控制效果,并对仿真结果进行了对比分析。结果表明所采用的运动控制算法合理可行;基于反演控制策略的控制律适合于位姿运动为正弦信号的情况,基于增广线性二次型调节器的控制律适合于位姿运动为阶跃、方波或含有随机干扰信号的情况,基于同步思想的PID控制律因其实现简单,易于理解等原因,适合于工程应用。
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