冗余驱动电液振动台运动学分析及内力协调控制方法研究

摘要

振动环境模拟实验是现代工程技术中一种基本的实验手段，利用模拟平台模拟试件在使用或运输过程中受到的振动环境来检验产品性能，为试件性能测试和技术改进提供重要的实验依据。两轴冗余驱动电液振动台采用冗余驱动方式，可以提供较大的驱动力，提高系统的加速度均匀度，而且可以使被试件受力更加均匀。但是目前对于冗余驱动电液振动台的控制策略多采用传统矩阵控制策略，且由于冗余驱动造成各个激振器间较大的内力耦合，影响系统性能。
　　本研究主要内容包括：⑴以Adams软件对振动台机械系统进行建模，采用Matlab/Simulink建立振动台伺服控制系统模型，运用机电联合仿真的方法对冗余驱动电液振动台进行建模仿真。⑵为提高两自由度冗余振动台在大位姿条件下的控制精度，提出基于运动学分析构建振动台位姿控制系统，利用运动学正解及雅可比矩阵进行液压缸信号与自由度信号间的变换。基于Adams平台建立冗余振动台模型，分析在大角度运动时，位姿控制方法与传统矩阵控制方法的偏差，得到基于运动学分析的控制策略在大位姿时控制精度更高。⑶提出各缸间冗余力大小的计算方法，为实现对冗余力的有效控制，提出内力协调控制策略，包括力矩阵控制策略、压力镇定控制策略。通过联合仿真及试验验证两种控制策略的有效性。⑷试验结果表明，相对于传统矩阵控制策略，基于运动学分析的控制策略可以提高大位姿情况下振动台的控制精度。力矩阵控制策略、压力镇定控制策略均能有效减小内力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 多轴电液振动台国内外发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．2．3 冗余驱动多轴振动台发展趋势

1．2．4 冗余驱动多轴振动台控制方法概述

1．2．5 冗余振动台内力耦合

1．3 本文的主要研究内容

第二章 两自由度冗余驱动电液振动台建模

2．1 冗余振动台系统概述

2．2 冗余振动台建模

2．2．1 基于Solidworks冗余振动台刚性体建模

2．2．2 基于Adams动力学建模

2．2．3 冗余驱动电液振动台刚柔建模

2．3 基于Adams与Simulink的联合仿真分析

2．3．1 联合仿真建模

2．3．2 联合仿真结果分析

2．4 本章小结

第三章 两自由度冗余驱动电液振动台运动学分析

3．1 传统矩阵控制策略研究

3．2 基于运动学分析的控制策略研究

3．2．1 位姿分析

3．2．2 速度分析

3．2．3 加速度分析

3．3 控制策略仿真分析

3．3．1 位姿控制策略仿真分析

3．3．2 速度及加速度分析

3．4 本章小结

第四章 两自由度冗余驱动电液振动台内力协调控制方法研究

4．1 冗余力及其成因

4．2 冗余力计算

4．3 两自由度冗余振动台内力协调控制方法研究

4．3．1 力矩阵控制策略理论研究

4．3．2 压力镇定控制策略研究

4．4 内力协调控制方法仿真研究

4．5 本章小结

第五章 两自由度冗余驱动电液振动台试验分析

5．1 冗余驱动电液振动台试验系统简介

5．2 位姿控制策略实验分析

5．3 内力协调控制方法试验验证

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢