三自由度转台控制规律研究

摘要

三自由度转台能够实现三个自由度的运动，可以有效地模拟飞机、舰船、汽车、坦克等物体的运动，在飞行模拟器、舰船模拟器、汽车模拟器上都起着重要的作用。鉴于三自由度转台的重要功能以及在国防领域中的广泛应用前景，无疑使之成为研究的重点。本文对三自由度转台的结构、运动规律、控制策略和规律进行了理论和仿真研究与分析。
　　 本文介绍了一种特殊结构的三自由度并联结构转台，此结构转台可以模拟出飞机的横摇运动、纵摇运动和竖直方向上的平动。本文所选结构转台可以消除运动时沿两个轴的平移附加运动。并且可以消除在运动平台运动。对其空间结构和特殊性进行了分析讲解，对自由度进行计算，对位置的正反解进行推导，该转台采用伺服电动缸作为驱动装置，采用的是电力驱动方式。
　　 利用ADAMS软件搭建了三自由度转台的三维模型，实现了运动仿真并验证了运动学位置正反解公式推导的正确性，并对搭建出的机构模型进行了自由度的验证与分析，对运动学和动力学进行了仿真。说明了ADAMS分析软件在并联驱动转台研究中起到了重要作用，为快速准确地设计出符合要求的并联结构转台提供了理论依据和主要参数，极大地减小了对物理样机的依赖。
　　 控制方法的研究是转台研究中最重要的部分，本文采用的控制策略是基于并联结构转台运动学模型的控制方法，认为各个支路都是一样的，针对单一支路进行研究即可。该方法是将给定的运动平台的目标位置和姿态参数，通过运动学反解计算得到各个支路的电动缸应该运动的目标位移参数，将其传递给各支路上的控制器，接着传递给伺服电动缸，进而实现各支路互相独立的位置闭环控制。该种方法设计出的控制器结构简单，调试方便，易于实现，所以在实际工程中应用广泛。但要想通过基于运动学模型的控制方法获得较好的控制精度，应该保证运动学反解的正确性和单支路闭环控制系统的位置控制精度。
　　 对转台控制系统进行仿真，本文介绍了两种方法，一种方法是只利用Matlab中SIMULINK搭建控制系统进行仿真；另一种方法是借助ADAMS和MATLAB实现协同控制仿真，通过联合仿真可以更加直观地观察控制的效果。除了讲解经典控制方法外还对比介绍了现代控制理论和智能控制方法，通过引入干扰观测器可以有效地去除干扰信号的影响。