绳牵引并联机构测力系统优化及系统仿真分析

摘要

绳牵引并联机构作为一种新型的低速风洞模型支撑系统，因具有速度快、结构简单、承载能力大以及对流场干扰小等诸多优点而备受关注。同时由于该类系统通常具有冗余驱动的特点，因此绳拉力优化、绳拉力准确测量以及绳索系统建模仿真成为待解决的关键技术。本文主要从这三个方面展开研究，主要工作及成果如下所述。
　　首先，建立了WDPSS-8的运动学模型和空间平衡方程。对于WDPSS-8机构因冗余驱动而导致的绳拉力多解问题，本文在运动学模型分析的基础上提出一种基于遗传算法的绳拉力优化求解方案，并在Matlab环境下对不同运动姿态进行了仿真，数值结果表明基于遗传算法的非线性规划方法对绳拉力优化分配的合理性。
　　其次，在搭建好的WDPSS-8绳系拉力测量系统基础上，将原有的测力系统改写成与控制程序一致的VC程序，并添加数据自动保存模块。对传感器普遍出现的零点漂移问题进行了研究，编写了时间预测补偿程序对测力系统零点进行校准。
　　接着，为了保证绳拉力测量的准确性，对传感器接入滑轮前后的不同位置可能造成测量结果的差异进行研究。为了考察滑轮对牵引绳拉力测量的影响，本文从理论上分析了各种情况下牵引绳在滑轮前后的拉力，并采用Matlab进行仿真分析，最后通过实验验证了理论计算与仿真分析的结果。
　　最后，在ADAMS环境下创建匹配WDPSS-8的虚拟样机，从误差分析的角度通过俯仰振荡的运动对样机的合理性进行验证。从绳拉力的角度，对固有频率和工作空间进行分析，得到提高机构固有频率的方法及不同设计方案下机构的可控工作空间。
　　本文的研究结果可以作为绳牵引并联机构的受力分析以及运动控制的理论依据和参考，对后续绳牵引并联机构的深入研究具有一定的借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 绳牵引并联机构的研究概况

1．2 国内外研究现状与分析

1．2．1 绳牵引并联机构绳拉力优化

1．2．2 绳牵引并联机构测力系统

1．2．3 绳牵引并联机构系统仿真

1．3 本文的研究背景及主要研究内容

第二章 绳牵引并联机构绳系拉力优化设计

2．1 绳牵引并联机构及其结构参数

2．2 空间任意力系的平衡方程

2．3 遗传算法在优化方法中的应用

2．3．1 遗传算法的概念

2．3．2 遗传算法的优点

2．3．3 遗传算法的一般步骤

2．4 遗传算法解绳拉力优化问题

2．5 本章小结

第三章 绳牵引并联机构测力系统软件功能优化

3．1 测力系统的硬件组成

3．2 测力系统的软件优化

3．2．1 测力系统程序优化

3．2．3 测力系统程序滤波算法设计

3．3 零点漂移补偿方法研究

3．3．1 传感器零点漂移

3．3．2 时间预测补偿方式

3．4 本章小结

第四章 滑轮对绳拉力影响的分析研究

4．1 滑轮在WDPSS-8样机中的作用

4．2 过滑轮的绳索拉力测量方式

4．3 滑轮两端拉力分析

4．3．1 绳索—滑轮处于平衡状态

4．3．2 绳索—滑轮处于非平衡状态

4．3．3 绳索—滑轮处于打滑状态

4．4 滑轮前后绳拉力的Matlab仿真计算

4．5 滑轮两端绳拉力试验

4．5．1 平衡状态拉力试验

4．5．2 非平衡状态拉力试验

4．6 本章小结

第五章 绳牵引并联机构虚拟样机创建及其应用

5．1 WDPSS-8虚拟样机的创建

5．2 虚拟样机驱动函数设计

5．3 基于ADAMS的WDPSS-8固有频率研究

5．4 提高机构固有频率方法探究

5．5 基于ADAMS的WDPSS-8工作空间分析

5．5．1 俯仰运动极限角度

5．5．2 滚转运动极限角度

5．5．3 偏航运动极限角度

5．6 提高机构工作空间方法探究

5．7 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的成果目录

致谢