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Hexapod型智能主动隔振平台系统的研究

作　者: 盛慧
导　师: 吴斌
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: hexaped平台智能主动隔振线性二次最优PID控制 ADAMS MATLAB/Simulink
分类号: V215
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

应用在航空航天领域中的机载或弹载精密仪器设备系统(如导航/定位系统、光学仪器设备等)对定位精度的要求非常高，但是现实中机体或是弹体存在的振动会对它们的精度造成很大的影响，因此寻找高精度的隔振系统便成为了一个重要的研究课题。本文研究的目的是利用主动隔振结构对某航天器的机载精密仪器设备进行主动隔振，减少冲击和振动对精密仪器设备的影响，实现设备的高精度定位。本文以hexapod智能主动隔振平台系统为研究和分析的对象，对于其应用在航天器载荷高精度隔振上的可行性进行了深入的探讨。由于该系统的结构复杂，有六个自由度，分析其数学模型难度非常大。因此，本文研究了应用虚拟样机技术进行机械系统动力学与控制集成仿真的方法，在ADAMS软件界面中搭建了三维仿真模型，并通过不断的仿真与重新搭建以使模型的参数最优化。对于hexapod系统中的两大主要结构：作动器和控制器，本文均进行了深入的分析与研究。对于作动器，采用了智能材料中的压电陶瓷，给出了它的压电方程，分析了压电性质，并推导出了它作为压电作动器时的作动方程；对于控制器，基于对现有控制方案的比较，设计了基于线性二次最优控制(LQ)的PID参数优化法，给出了它的详细推导过程，并在MATLAB/Simulink软件界面中搭建了该控制系统的数学模型。随后通过MATLAB与ADAMS的联合仿真，得到了该隔振平台在低频(2Hz-200Hz)时的隔振仿真结果，结果验证了该平台系统应用在航天器载荷高精度隔振上的可行性。最后总结了所作的研究，并对研究中出现的不足提出了合理的建议

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 Hexapod智能主动隔振平台的发展现状  9-11
  1.3 关键技术介绍  11-14
    1.3.1 作动器的发展史  11-13
    1.3.2 控制系统的发展史  13-14
  1.4 本文的主要内容  14-16
第二章 HEXAPOD系统的压电作动器和传感器  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 压电材料  16-17
  2.3 压电方程  17-20
  2.4 压电元件的主要性能  20-23
  2.5 压电智能结构  23-25
    2.5.1 压电传感分析  24
    2.5.2 压电作动分析  24-25
  2.6 小结  25-26
第三章 HEXAPOD平台的控制系统  26-38
  3.1 前言  26
  3.2 PID控制器  26-28
  3.3 线性二次型最优控制(LQ)  28-34
    3.3.1 最优控制力推导  28-30
    3.3.2 利用状态观测器获取状态变量估计  30-34
  3.4 线性二次最优控制(LQ)的PID参数优化控制法  34-37
    3.4.1 线性定常二次最优调节器(LQR)的结构与鲁棒性  34
    3.4.2 LQR系统与PID控制系统的联系  34-35
    3.4.3 线性二次最优PID参数  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 HEXAPOD隔振系统的建模  38-54
  4.1 hexapod型平台的结构介绍  38
  4.2.ADAMS软件介绍  38-39
  4.3 搭建hexapod平台的模型  39-42
    4.3.1 Hexapod系统结构的简化  39-41
    4.3.2 Hexapod平台的ADAMS模型  41-42
  4.4 选取弹簧阻尼器的系数  42-53
  4.5 控制系统的建模  53
  4.6 小结  53-54
第五章计算机仿真结果与分析  54-67
  5.1 ADAMS与MATLAB的接口程序  54-58
  5.2 仿真结果  58-66
  5.3 结论  66-67
第六章结束语  67-69
  6.1 本文工作小结  67-68
  6.2 建议  68-69
参考文献  69-71
致谢  71-72

Hexapod型智能主动隔振平台系统的研究

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