六自由度运动平台优化设计及动态仿真研究

摘要

六自由度运动平台作为运动模拟器由于其结构刚度大、位置精度高、承载能力强、动态性能优越等优点广泛用于航空航天、航海以及车载驾驶的模拟。随着应用的需求，平台的平稳运行和控制精度的要求越来越高，而作为多输入多输出强耦合的非线性系统，对平台的研究提出了更高要求。为了满足市场的需求，加快产业化发展，本文在平台的机构学基础上提出平台结构参数优化方案，利用ADAMS建立平台机械系统动力学模型和AMESim建立液压系统与控制系统模型，并实现联合仿真，最后对搭建的平台进行测试。
　　论文的主要内容如下：
　　第一章，首先论述了本课题相关方面的研究背景，然后介绍了六自由度运动平台国内外研究现状，分析了现有平台中存在的主要问题;最后概述了课题的研究目的和意义，明确了课题的研究方向。
　　第二章，对六自由度的运动学及动力学进行了分析，对平台和活塞杆之间的位移、速度、加速度和驱动力进行了详细地推导，并用LabVIEW软件对平台的机构学模型进行了程序编写。
　　第三章，分析了平台的结构参数对平台各项性能指标的影响，采用分段组合的方法对平台的结构参数进行优化设计，并利用MATLAB软件编写优化程序。
　　第四章，利用ADAMS建立平台的参数化模型，并对其进行运动学和动力学仿真，验证其正确性。利用AMESim建立平台的液压伺服系统模型，通过仿真分析，平台的液压缸较好地实现位移控制。最后通过ADAMS和AMESIM的接口连接，实现联合仿真。
　　第五章，完成了平台的搭建和实验研究。首先完成了平台机械、液压以及电控系统的搭建工作，对平台的各项指标进行测试，分析平台运动中存在的问题，并对其改进。
　　第六章，最后对课题的研究工作进行了总结，阐述了平台存在的不足，并对下一步研究工作进行了展望。

目录

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致谢

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 六自由度并联机构的结构简介

1．2 并联机构国内外发展历史及现状

1．2．1 并联机构国外发展历史及现状

1．2．2 并联机构国内发展现状

1．2．3 并联机构的应用

1．3 课题的研究目的及意义

1．4 本课题研究内容

1．5 本章小结

第2章 六自由度平台的机构学分析

2．1 平台的自由度计算

2．2 平台的位置逆解

2．2．1 坐标系建立及位姿角定义

2．2．2 各液压缸伸缩量

2．3 平台的运动学分析

2．3．1 速度分析

2．3．2 加速度分析

2．4 平台的动力学分析

2．4．1 上平台的质量阵、哥式项系数矩阵和重力项

2．4．2 各液压缸组件的质量阵、哥式项系数矩阵和重力项

2．5 基于LabVIEW的机构学程序编写

2．6 本章小结

第3章 六自由度平台的结构参数优化

3．1 结构参数对平台各性能指标的影响

3．1．1 各参数对可控性影响分析

3．1．2 各参数对液压缸行程的影响

3．1．3 各参数对各液压缸驱动力的影响

3．2 优化设计方法

3．2．1 平台的研究目的指标

3．2．2 平台结构刚度计算

3．2．3 液压系统的平均流量计算

3．2．4 结构参数优化过程及结果

3．3 本章小结

第4章 六自由度运动平台虚拟样机建模

4．1 ADAMS的参数化建模及动态分析

4．1．1 平台的参数化建模

4．1．2 平台的运动学验证与分析

4．1．3 平台的动力学验证与分析

4．1．4 活塞杆强度及弯曲稳定性校核

4．2 平台液压伺服系统建模及仿真分析

4．3 平台基于ADAMS与AMESim的联合仿真

4．3．1 AMESim和ADAMS的接口实现

4．3．2 联合仿真的建立

4．4 本章小结

第5章 双六自由度运动平台系统的搭建及实验研究

5．1 运动平台液压系统的搭建

5．1．1 泵站的选型

5．1．2 伺服阀的选型

5．1．3 位移传感器的选用

5．2 运动平台电控系统的搭建

5．2．1 泵站电控系统

5．2．2 电液控制系统

5．3 六自由度运动平台试验研究

5．3．1 系统的外形检查及坐标定位

5．3．2 静态性能测试

5．3．3 同步性测试

5．3．4 动态性能测试

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 六自由度运动平台研究结果总结

6．2 六自由度运动平台研究展望

参考文献