[發明專利]一種兩自由度雙電液振動臺臺陣模擬系統干擾力補償方法

有效

• 申請號: 201910395564.2
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110044568B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 關廣豐;沈如濤;熊偉;王海濤;馬文琦
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種兩自由度雙電液振動臺臺陣模擬系統干擾力補償方法，所述的兩自由度雙電液振動臺臺陣模擬系統包括下平臺(14)、六自由度振動臺、兩自由度振動臺、橋墩A(18)、橋墩B(16)和橋板(17)；

所述的六自由度振動臺包括三個水平向閥控缸機構、三個垂直向閥控缸機構、上平臺B(15)和三個反力墻，所述的三個水平向閥控缸機構分別為5號閥控缸機構(5)、6號閥控缸機構(6)和7號閥控缸機構(7)，所述的三個垂直向閥控缸機構分別為8號閥控缸機構(8)、9號閥控缸機構(9)和10號閥控缸機構(10)，所述三個反力墻分別為1號反力墻(11)、2號反力墻(12)、3號反力墻(13)，所述的5號閥控缸機構(5)、6號閥控缸機構(6)和7號閥控缸機構(7)的外端分別通過各自的虎克鉸與1號反力墻(11)、2號反力墻(12)和3號反力墻(13)連接，所述的1號反力墻(11)、2號反力墻(12)和3號反力墻(13)的下端均固定在下平臺(14)上；所述的5號閥控缸機構(5)、6號閥控缸機構(6)和7號閥控缸機構(7)的內端分別通過各自的虎克鉸與上平臺B(15)連接；所述的8號閥控缸機構(8)、9號閥控缸機構(9)和10號閥控缸機構(10)的下端分別通過各自的虎克鉸與下平臺(14)連接；所述的8號閥控缸機構(8)、9號閥控缸機構(9)和10號閥控缸機構(10)的上端分別通過各自的虎克鉸與上平臺B(15)連接；

所述的兩自由度振動臺包括四個垂直向閥控缸機構、上平臺A(19)、大虎克鉸(21)和支座(20)，所述的四個垂直向閥控缸機構分別為1號閥控缸機構(1)、2號閥控缸機構(2)、3號閥控缸機構(3)和4號閥控缸機構(4)，所述的1號閥控缸機構(1)、2號閥控缸機構(2)、3號閥控缸機構(3)和4號閥控缸機構(4)的下端分別通過各自的虎克鉸與下平臺(14)連接，1號閥控缸機構(1)、2號閥控缸機構(2)、3號閥控缸機構(3)和4號閥控缸機構(4)的上端分別通過各自的虎克鉸與上平臺A(19)連接；所述的大虎克鉸(21)的上端與上平臺A(19)連接、下端與支座(20)連接，所述的支座(20)固定在下平臺(14)上；

所述的上平臺A(19)通過橋墩A(18)和橋板(17)連接；所述的上平臺B(15)通過橋墩B(16)和橋板(17)連接；

其特征在于：所述的干擾力補償方法，包括以下步驟：

A、以兩自由度振動臺的大虎克鉸(21)中心O為控制點，在控制點建立OXYZ坐標系；OX軸正方向由O點指向1號閥控缸機構(1)方向，且OX軸與1號閥控缸機構(1)及2號閥控缸機構(2)上鉸點中心的連線垂直；OZ軸正方向垂直指向下平臺(14)；OX、OY及OZ三個坐標軸的方向滿足右手定則；臺陣模擬系統有兩個自由度，分別是繞OX軸轉動的橫搖運動、橫搖角為R_x，繞OY軸轉動的縱搖運動、縱搖角為R_y；給定臺陣模擬系統兩個自由度位姿指令信號為y_r，y_r為2×1列向量：

y_r＝[R_x R_y]^T

式中，上標“T”表示轉置；

用y_r減去臺陣模擬系統位姿反饋信號y_f，y_f的初始值為[00]^T；將所得的偏差信號作為PID控制器的輸入信號；PID控制器的輸出信號為w，w是2×1列向量；將PID控制器的輸出信號w右乘自由度分解矩陣H_f，得到信號x₀，x₀為10×1列向量，計算公式為：

x₀＝H_fw

式中，H_f為10×2矩陣：

式中，d1為控制點O與5號閥控缸機構(5)內端的虎克鉸鉸點中心A5的連線在OZ軸上的投影長度；d2為控制點O與3號閥控缸機構(3)上端的虎克鉸鉸點中心A3的連線在OX軸上的投影長度；d3為控制點O與1號閥控缸機構(1)上端的虎克鉸鉸點中心A1連線在OX軸上的投影長度；d4為控制點O與1號閥控缸機構(1)上端的虎克鉸鉸點中心A1的連線在OY軸上的投影長度；d5為控制點O與9號閥控缸機構(9)上端的虎克鉸鉸點中心A9的連線在OY軸上的投影長度；d6為控制點O與10號閥控缸機構(10)上端的虎克鉸鉸點中心A10的連線在OY軸上的投影長度；d7為控制點O與8號閥控缸機構(8)上端的虎克鉸鉸點中心A8的連線在OX軸上的投影長度；

B、采集10個閥控缸機構中液壓缸活塞桿的位移信號d，d為10×1列向量；將位移信號d右乘合成矩陣控制H_c，得到臺陣模擬系統兩自由度位姿反饋信號y_f，y_f為2×1列向量；自由度合成矩陣H_c為2×10矩陣，計算公式為：

H_c＝pinv(H_f)

y_f＝H_c·d

式中，pinv(H_f)表示求取矩陣H_f的Moore-Penrose偽逆；

C、采集10個閥控缸機構中液壓缸兩腔的壓差信號P_L，P_L為10×1列向量，經過冗余力協調模塊，得到冗余力補償信號x_f，具體的計算公式為：

F_f＝A_e·P_L-H_f·(H_c·A_e·P_L)

式中，K_i為比例增益、i＝1～10，F_f為臺陣模擬系統的冗余力，為10×1列向量；A_e為閥控缸機構中液壓缸活塞與活塞桿之間的環形有效面積；

D、采集10個閥控缸機構中液壓缸兩腔的壓差信號P_L和10個閥控缸機構中液壓缸活塞桿的加速度信號a，a為10×1列向量；將P_L和a作為干擾力補償模塊的輸入信號，計算干擾力補償信號x_d，x_d為10×1的列向量；具體計算公式為：

式中，K_jj為各閥控缸機構的補償增益、j＝0～9，F_d為臺陣模擬系統干擾力，為10×1列向量，G為補償環節傳遞函數；

D1、臺陣模擬系統干擾力F_d的計算公式為：

式中，M為上平臺A(19)、上平臺B(15)、橋墩A(18)、橋墩B(16)和橋板(17)在工作空間的集中質量矩陣；

D2、補償環節傳遞函數G的表達式為：

式中，K_ce為閥控缸機構中伺服閥的總泄漏系數，V_t為閥控缸機構中液壓缸兩腔的總容積，β_e為油液等效體積彈性模數，s為拉普拉斯變換中的復變量，K_q為閥控缸機構中伺服閥的流量增益，f為轉折頻率；

E、用干擾力補償信號x_d減去冗余力補償信號x_f，求得信號x₁，計算公式為：

x₁＝x_d-x_f

F、將信號x₀加上信號x₁，所得結果作為10個閥控缸機構的驅動信號，輸入到10個閥控缸機構，驅動兩自由度雙電液振動臺臺陣模擬系統運動。