六自由度液压运动平台的自动控制Word格式.docx
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(职称:
副教授)
)
2013年5月25日
无锡太湖学院本科毕业设计(论文)
诚信承诺书
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文)六自由度液压运动平台的自动控制是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。
其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用,表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班级:
学号:
作者姓名:
2013年5月25日
信机系机械工程及自动化专业
毕业设计论文任务书
一、题目及专题:
1、题目六自由度液压运动平台的自动控制
2、专题
二、课题来源及选题依据
六自由度运动平台,由于有极为广阔的应用前景,六自由度运动平台是由六支油缸,上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成,下平台固定在基础上,借助六只油缸的伸缩运动,完成上平台在空间六个自由度(X,Y,Z,α,β,γ)的运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态,可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域,甚至可用到空间宇宙飞船的对接,空中加油机的加油对接中。
在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。
由于六自由度运动平台的研制,涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器,空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域,因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:
1.查阅资料,了解国内外多自由度运动平台的现状和发展趋势。
2.确定总体方案,设计六自由度运动平台的本体结构和液压伺服系统并完成相关工程图的设计。
3.建立控制系统的数学模型,使用PID控制方式提高系统的运动性能。
运用虚拟样机技术,在ADMAS环境下,对六自由度运动平台进行运动学和动力学的仿真。
4.完善各个部分,撰写设计说明书。
四、接受任务学生:
班姓名
五、开始及完成日期:
自2012年11月12日至2013年5月25日
六、设计(论文)指导(或顾问):
指导教师签名
签名
签名
教研室主任
〔学科组组长研究所所长〕签名
系主任签名
2012年11月12日
摘要
六自由度运动平台,由于有极为广阔的应用前景,可以完成在空间六个自由度(X,Y,Z,α,β,γ)的运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态,可广泛应用到各种训练模拟器上。
通过六自由度运动平台的机构特点及应用,可以在平台控制总体设计的基础上完成液压伺服系统的建模工作,在Matlab软件中对系统进行了仿真分析,将常规PID控制和基于神经网络算法的先进PID控制方法进行对比,仿真结果表明基于神经网络的PID控制方法对伺服系统具有良好的控制效果,同时也证明了电液伺服控制系统设计的合理性,将控制策略应用于样机平台,平台运行稳定,流畅。
为平台控制的进一步改进和完善奠定了基础。
关键词:
六自由度平台;
液压;
PID控制
Abstract
Sixdegreeoffreedommotionplatform,becausethereisaverybroadapplicationprospects,canbecompletedinthespaceofsixdegreesoffreedom(X,Y,Z,alpha,beta,gamma)movement,whichcansimulatevariousspatialmotion,canbewidelyappliedtovarioustrainingsimulator.Asthedevelopmentofsixdegreeoffreedommotionplatform,relatestothemechanical,hydraulic,electrical,control,computer,sensor,thespatialmovementmathematicalmodel,real-timesignaltransmissionandprocessing,graphicdisplay,dynamicsimulationandsoonaseriesofhigh-techfields,sothedevelopmentofsixdegreeoffreedommotionplatformintocollegesanduniversities,researchinstitutestohydraulicandcontrolfieldlevelsymbol.
Throughthemechanism,characteristicsandapplicationofsixdegreeoffreedommotionplatform,cancompletethemodelingofhydraulicservosystembasedonthegeneralcontrolplatformdesign,intheMatlabsoftwaretosimulatethesystemanalysis,theconventionalPIDcontrolandPIDneuralnetworkalgorithmbasedonadvancedcontrolmethodswerecompared,thesimulationresultsshowthatthePIDneuralnetworkthecontrolmethodhasgoodcontroleffectoftheservosystembasedon,italsoprovedthatthedesignofelectro-hydraulicservocontrolsystemisreasonable,thecontrolstrategyisappliedintheprototypeplatform,platformstableoperation,smooth.Asaplatformtocontrolthefurtherimprovementandlaidthefoundationfortheperfectionof.
Keywords:
6-DOFplatform;
hydraulic;
PIDcontrol
目录
摘要III
AbstractIV
目录V
1绪论1
1.1课题背景及意义1
1.2六自由度平台发展及应用1
1.3六自由度平台国内外研究状况3
1.3.1国外研究现状3
1.3.2国内研究现状4
1.4课题主要研究内容4
2六自由度运动平台本体结构设计5
2.1平台主要性能指标5
2.2平台结构5
2.3平台驱动方式6
3液压缸设计7
3.1简介7
3.2液压缸的设计7
3.3液压缸的密封设计10
3.4支承导向的设计10
3.5防尘圈的设计11
3.6液压缸材料的选用11
3.7液压泵的选择12
3.8电机的选择14
4液压油路设计15
4.1液压设备外接线路15
4.2操作板15
4.3程序地址分配16
4.4芯片接线图17
4.5PLC程序指令20
5液压伺服系统的建模与仿真25
5.1六自由度运动平台系统的总体设计25
5.2数学模型的建立25
5.2.1单个作动器的数学模型26
5.3系统的控制及仿真26
5.3.1基于常规PID的控制系统仿真研究26
5.3.2基于BP神经网络的控制算法27
5.3.3仿真实现28
6液压运动平台的运动仿真30
6.1液压平台的基本结构设计30
6.2虚拟样机的建立与仿真31
6.2.1零件建模31
6.2.2装配设计32
6.2.3运动分析33
6.3结束语36
7结论与展望37
致谢38
参考文献39
1绪论
1.1课题背景及意义
六自由度平台的研制对舰船运动规律的研究起着重要的作用平台可以在实验室中模拟舰船在海上航行时摇摆的情况将舰船在海洋中摇摆的姿态和运动真实地再现出来并能检测舰载直升机系统和各分系统在各种摇摆和位置姿态下的动态和静态技术性能。
该专用设备主要由机械运动系统、液压伺服控制系统、传感检测系统、信号采集处理系统、计算机控制系统和各种安全保护装置等组成可按试验要求实现六个自由度的旋转运动以及这些自由度的复合运动以达到模拟舰船在海上的垂荡、纵荡、横荡、纵摇、横摇和艏摇各种摇摆状况的目的。
六自由度平台可以进行船舶运动和结构动力学研究同时也是驾驶员航海训练的一种良好设备可以将舰载武器和设备仪器放在平台上进行陆地实验减少海上实验次数这样就降低了实验成本和研究周期。
可见用平台在实验室作运动模拟试验具有明显的节能性、安全性、可控性、无破坏性、经济性、可操作性和训练效率高等优点对进行舰船运动模拟技术研究具有重要意义。
目前运动模拟技术己成为多快好省达到研究舰船运动和训练飞行目的的最佳途径六自由度平台是一种发展快、应用广的典型运动模拟器是一具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖试验设备而我国在这一领域的设计和制造水平与西方发达国家相比还有相当大的差距。
因此深入研究六自由度平台运动系统的基础理论对其关键技术进行理论分析和实验研制出性能优良能满足各方面需求的平台对提高我国的仿真技术水平增强国防实力具有重大的理论意义和实际应用价值。
1.2六自由度平台发展及应用
上世纪年代末特别是年代以来并联式机构被广为关注成为新的热点由于六自由度平台具有结构刚度大、承载能力强、位置精度高、哈尔滨工程大学硕十学位论文响应快的优点而且可以灵活地实现六个自由度的三维空间运动。
1965年六自由度平台是英国工程师Stewart于1965年在他的论文《APlatformwith6degreesfreedom》中作为一种六轴并联式空间机构的设计提出的,称为Stewart机构[1]。
在制作飞行模拟器后,Stewart机构逐渐成为飞行摸拟器的标准机构。
到70年代初,美国NASA等研究中心公布了6-DOF并联式平台的研究成果,相继出现了6-DOF并联机构运动平台的飞行模拟器。
1974年美国制定了空勤人员训练模拟器6-DOF并联式运动平台系统军用标准MIL-STD-1588。
此后6-DOF并联式运动平台己趋向标准化、系列化生产阶段。
1978年澳大
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