[發明專利]一種空間六自由度運動臺模態控制方法

無效

• 申請號: 201010537190.2
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102063122A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 韓俊偉;楊熾夫;黃其濤;張輝;鄭淑濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及機電和液壓技術，具體說就是一種空間六自由度運動臺模態控制方法。

(二)背景技術

空間六自由度液壓運動臺是一種運動環境模擬試驗裝備，作為重要的測試手段為大型裝備和儀器的研制提供運動試驗環境，可有效地縮短研制周期，節省人力和財力消耗，為航天、航空和國防大型裝備及精密儀器的可靠有效性研制和特殊人員訓練提供環境保障。空間六自由度液壓運動臺組成包括：運動平臺、上連接鉸、活塞桿、液壓缸筒、下連接鉸、基平臺和相關液壓管路系統。在液壓能源系統和控制系統的驅動與控制作用下實現六個自由度上定點、正弦和規劃軌跡等各種不同的單自由度和多自由度復合運動的復現。空間六自由度液壓運動臺是由六條活塞桿和液壓缸筒組成的液壓缸、一個運動平臺和一個固定基平臺構成的封閉多鏈式結構，該類型運動臺屬于一類高度非線性和強動力學耦合的機電液混合系統，工程上采用傳統的鉸點空間單通道控制方法，現有的國內外空間六自由度液壓運動臺控制理論也均是基于自由度或鉸點空間來進行控制器設計，以提高系統控制性能，而這些控制技術均忽略了空間六自由度液壓運動臺自身的強動力學耦合特性，自由度空間或鉸點空間與液壓運動臺模態的這種對應關系的不明確性使得現有的控制技術無法從本質上改善和提高六自由度液壓運動臺的控制性能。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種通過模態空間變換，對轉換至廣義模態解耦空間的六自度液壓運動臺進行獨立模態控制，以提高運動系統動態和靜態控制性能的空間六自由度運動臺模態控制方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟一：采用空間六自度液壓運動臺模態矩陣將物理空間系統變換至模態空間中，構建出模態空間下的六自由度無耦合液壓運動臺，即將物理空間液壓運動臺的閥芯輸入信號變換為模態閥芯輸入信號，運動臺輸出的液壓缸位移或正解后的輸出位姿物理量變換為模態位移或模態位姿輸出信號，通過物理空間到模態空間轉換后，空間六自由度液壓運動臺變形為無力學耦合運動系統，這是空間六自由度液壓運動臺模態解耦控制技術實現的關鍵；

步驟二：將信號發生器輸出信號通過模態矩陣變換為模態輸出信號，利用信號發生器的期望模態輸出信號和空間六自由度運動臺的模態實際輸出信號，實現空間六自由度液壓運動臺的模態控制；實際觀測物理空間數據是通過空間六自由度液壓運動系統傳感器采集和正解后獲得的，信號發生器用于產生各種期望跟蹤信號，典型的信號為常值姿態輸入、正弦姿態輸入、方波姿態信號輸入、三角波姿態信號輸入和隨機波姿態信號輸入信號，運動學反解模塊用于將期望物理位姿信號解算為液壓缸位移信號，實現空間六自由度液壓運動臺的位置閉環控制；模態控制器是模態控制技術的核心模塊，它將期望物理輸入位移信號和空間六自由度液壓運動臺實際輸出物理位移信號變換為模態信號進行控制，然后將輸出的模態閥芯位移信號逆變換至物理空間驅動伺服閥，來實現運動臺的驅動和控制；該控制模塊實現物理空間到模態空間轉換，使空間六自由度液壓運動臺轉化為無力學耦合系統，然后進行驅動控制；其模態控制率可以表示為：

V_e＝k_mvU{K_pU^Te+K_I∫U^Tedt+K_d·d(U^Te)/dt}

式中k_mv為長度單位到電壓單位的標定值，U為模態矩陣，K_p，K_I，K_d為增益；

正解模塊用于進行對液壓缸位移進行數值迭代運算，求解空間六自由度液壓運動臺相對控制點的廣義位姿輸出信號。

所述的模態控制技術中的模態矩陣選擇定常矩陣，當空間六自由度液壓運動臺工作空間范圍較小，且于設計中位附近工作時；進行大空間姿態運動時，模態陣需要進行實時更新。

本發明采用空間六自度液壓運動臺模態矩陣將強耦合物理空間系統變換為解耦后的模態空間系統，在傳統空間六自由度液壓運動臺控制基礎上，引入模態控制的概念，并利用模態變換矩陣，將強動力學耦合六自由度液壓運動臺解耦，并將期望物理輸入信號和運動臺實際輸出信號變換為模態信號進行獨立模態控制調節，實現空間六自由度液壓運動臺的驅動和控制，有效地削弱空間六自度液壓運動系統中各作動器之間和自由度之間耦合影響，改善六自由度液壓運動臺的單自由度運動和多自由度復合運動復現等指標，大大提高第一階模態接近的自由度以外的自由度頻寬。

(四)附圖說明

圖1是六自由度運動臺組成圖；