混联结构六自由度运动模拟技术研究

摘要

飞行仿真模拟系统在军事、民用领域发挥着重要的作用。飞行仿真模拟系统具有置信度高、成本低、重复性高等优势，因而基于运动模拟器的飞行仿真系统的应用场合愈发广泛。然而普通运动模拟器受结构及算法的影响，使得仿真系统与实际情况相差较大，影响仿真系统的可信度。基于此，论文研究了一种混联结构的六自由度运动模拟平台，该运动模拟平台可以用于模拟空中飞行器的六维运动姿态。通过分析六自由度分布结构，推导了六自由度运动模拟器的位置正反解算法。论文研究了低速状态下电动伺服机构的爬行现象的原因和特点，针对静态和动态摩擦模型的研究，提出了以动态摩擦模型为基础的模型参考自适应算法对摩擦力进行估计，从而抵消了以摩擦力为主体的惯性误差引起的控制精度误差，提高系统的控制和运行精度。论文的研究成果为混联结构六自由度运动模拟系统的设计、研制与优化，以及自适应控制技术在飞行模拟平台系统中应用提供了较好的参考方案，具备良好的工程应用参考价值。
　　针对传统六自由度运动模拟器结构正解较复杂和低速状态下精度较差等特点，论文首先从串联结构、并联结构和混联结构三种结构方式出发，对六自由度运动模拟系统的结构方案进行研究与设计，然后对各结构特点分别对比分析了采用本文中的混联结构对于系统位置正反解的影响，为结构方案的确定以及原理样机平台的搭建提供了理论分析基础。
　　考虑到各模块及相互之间的结构特点，论文推导并建立了各对应模块的输出模型，并设计了一种基于传统PID控制的单模块控制方案，在姿态和位置控制的同时辨识出器件的动态特性、稳态误差等参数。文中通过频域分析法得出具体控制函数并由仿真结果对该方法进行了验证。
　　针对传统PID控制下的运动模拟系统中存在的低速状态下的爬行问题以及可用调速范围较小的问题，论文提出了一种基于双电机拖动的构型和基于LuGre动态摩擦模型的模型参考自适应控制方法，前者通过直流电机与交流电机的对接拖动，扩大了可用调速范围，后者通过对摩擦力模型信息进行实时估计，不仅提高控制位置精度，也降低了非线性摩擦对系统控制性能的影响。通过仿真实验对该方法进行了验证。
　　为了对该结构系统在实际场景下的性能进行测试，论文搭建了混联结构六自由度运动模拟的实物平台，并基于该样机进行了控制算法的运行实验，通过实验数据验证了基于LuGre模型的自适应控制技术对六自由度运动模拟平台的控制性能改善作用。
　　论文的研究为混联结构六自由度运动模拟系统的设计、研制与优化，自适应控制技术在飞行模拟平台系统中的改进提供了较好的参考方案，具备良好的工程应用参考价值。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2论文研究目的与意义

1.3运动模拟平台系统的研究现状

1.4论文的主要工作及结构安排

第二章 多自由度运动模拟技术

2.1串、并联结构特点及运动特征

2.2传统并联结构六自由度运动平台位置和速度解析

2.3混联结构六自由度运动模拟器

2.4各结构的六自由度运动模拟系统的对比与结论分析

2.5六自由度运动模拟平台的总体控制方案

2.6本章小结

第三章 六自由度运动模拟平台控制研究

3.1六自由度模拟平台的控制原理

3.2伺服控制系统基本控制回路

3.3六自由度运动机构控制回路

3.4六自由度运动平台各模块PID控制研究

3.5本章小结

第四章 运动机构的低速平稳性研究

4.1运动机构低速平稳性基本概念

4. 2摩擦对低速平稳性的影响

4.3电机低速平稳性分析

4.4自适应控制器的摩擦补偿

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文工作总结

5.2对未来工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及学术论文情况