并联六自由度平台海浪运动仿真控制系统研究

摘要

本文结合本实验室已有的船舶视景模拟驾驶系统与Stewart平台实物，旨在于设计一套控制系统，让Stewart平台能够模拟船舶视景模拟驾驶系统中相关海浪的运动，为Stewart平台上面的其他多自由度补偿设备与船舶运动模拟器的研究奠定基础。全文主要内容包括：
　　（1）应用LabVIEW获取海浪视景模拟的相关海浪运动参数，并通过OPC技术和TCP/IP协议将其实时传递给并联六自由度平台运动控制系统和控制操作面板，设计了一套船舶视景模拟驾驶系统与六自由度平台控制系统实时通信的方法，从而实现了相关参数实时通信。
　　（2）Stewart平台工作空间决定了其工况，为了确定其工况，以Matlab为计算工具，结合Stewart平台的运动约束条件和实际平台的结构尺寸，通过理论计算推导，用边界搜索法求解本实验室Stewart平台的工作空间，然后结合海浪谱的相关知识，得到该Stewart平台能够模拟的海浪运动以及相关船舶运动的工况。
　　（3）控制系统的控制策略是采用带有PID控制器的负反馈闭环控制，为了提高控制性能就必须求出较为合理的PID参数。首先分析了本系统的控制原理，推导了液压控制系统的传递函数，并进行了仿真分析了其静态和动态特性。然后详细阐述了常规的稳态边界法与智能算法人群搜索法（SOA）的原理，最后利用这两种方法分别整定PID参数，并将结果进行对比，分析了智能算法整定结果的优越性。
　　（4）对平台进行单通道液压系统仿真实验和实机实验。运用AMESim软件对单通道液压系统和电磁阀建模并进行仿真实验，对电磁阀的静态和动态特性进行分析，并对单通道液压系统进行正弦信号跟随仿真实验，验证相关设计的合理性。利用西门子触摸屏设计Stewart平台的控制界面，用西门子S7-300PLC编写Stewart平台的运动控制程序，利用LabVIEW搭建液压缸长度变化实时监控画面，通过让六自由度上平台沿Z轴做正弦周期运动，来监控1号缸位移变化情况，并将其与理论正弦曲线进行对比，验证了本文所设计的控制系统的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2 并联六自由度平台综述

1.3 课题主要研究内容

第2章 仿真平台的介绍及系统通信

2.1 系统构成

2.2 系统通信

2.3 本章小结

第3章 Stewart平台的空间位置解算及系统工况的确定

3.1 并联六自由度平台自由度计算

3.2 并联六自由度平台的位置分析

3.3 Stewart平台工作空间求解

3.4 Stewart平台工况确定

3.5 本章总结

第4章 基于SOA优化的PID控制器

4.1 液压系统构成

4.2 传递函数推导

4.4 PID控制原理

4.5 人群搜索算法（SOA）

4.6 基于SOA的PID参数整定的设计方案

4.7 基于稳定边界法对PID参数进行整定

4.8 PID参数整定结果

4.9 本章小结

第5章 控制系统设计和试验

5.1 系统简介

5.2 控制程序设计

5.3 单通道运动仿真实验

5.4 整机实验

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢