基于RTX六自由度电动平台控制系统设计与实现

摘要

六自由度仿真平台通过控制六个电动缸的伸缩变化实现平台空间六个自由度运动。由于其具有结构刚度强，承载力大，精度高等优点，广泛应用于车载、舰载、机载武器装备的瞄准系统实验，车辆驾驶员、船员、飞行员的模拟训练以及生物工程及民用娱乐等领域。
　　本文以六自由度仿真平台为背景，根据控制系统的要求，完成总体方案设计，实现基于RTX的实时控制系统的设计与实现。本文主要对六自由度仿真平台的控制系统设计、运动学理论、控制系统的实时软件开发三个方面进行分析和研究。
　　首先，通过对六自由度仿真平台工作原理及系统功能的分析，确定控制系统的总体设计方案，完成控制系统数据采集及信号处理等硬件平台的搭建以及系统软件体系结构和框架模型的建立。
　　其次，在对其工作原理分析的基础上，运用矩阵分析法，对六自由度平台进行运动学理论分析，建立六自由度平台位置与各个电动缸之间的的反解方程，并给出了一种可用于实时控制的位置正解的数值解法，为后续的控制系统的设计与软件的编写奠定了理论基础。
　　最后，根据控制系统的要求，以“Windows+RTX”为系统软件开发平台，采用VC++6.0面向对象的编程语言为工具，采用模块化设计思想进行实时环境下的系统控制软件开发，对比单纯Windows系统下的实时性，得出该控制系统具有良好的实时性，满足系统对实时性的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 六自由度运动平台简介

1．3 六自由度平台研究的概况

1．3．1 国内外六自由度平台的发展与应用

1．3．2 六自由度并联机构的研究现状

1．4 课题研究的主要内容及论文安排

第二章 控制系统方案设计与运动学分析

2．1 引言

2．2 控制系统方案设计

2．2．1 六自由度平台总体结构

2．2．2 六自由度平台系统功能分析

2．2．3 交流伺服控制系统设计的原则

2．2．4 控制系统方案设计

2．3 六自由度平台运动学反解与Matlab仿真

2．3．1 平台坐标系的建立

2．3．2 位姿描述及坐标变换矩阵

2．3．3 平台运动学反解

2．3．4 六自由度平台速度反解

2．3．5 Matlab运动学仿真

2．4 六自由度平台运动学正解与Matlab仿真

2．4．1 位姿计算的数值迭代法

2．4．2 Matlab运动学正解仿真

2．5 平台位姿误差分析

2．6 本章小结

第3章 六自由度平台硬件实现

3．1 引言

3．2 系统硬件元器件

3．3 信号接口板电路设计

3．3．1 光电隔离及指令信号电路

3．3．2 限位信号及伺服报警处理电路

3．3．3 电源保护电路设计

3．4 控制系统供电电路设计

3．5 伺服控制信号配线

3．6 编码器配线

3．6 本章小结

第4章 六自由度平台软件系统实现

4．1 引言

4．2 Windows实时扩展系统(RTX)概述

4．2．1 实时系统的特点与分析

4．2．2 RTX实时系统概述

4．3 平台控制系统软件系统实现

4．3．1 关键技术应用

4．3．2 软件体系结构与分析

4．3．2 功能模块设计

4．4 本章小结

第5章 控制系统测试

5．1 引言

5．2 运动平台控制软件

5．2．1 运动模式控制模块

5．2．2 逻辑保护模块

5．2．3 实时显示模块

5．2．4 系统调零／坐标设置模块

5．3 主要伺服参数的设置

5．4 运动功能调试

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢