六自由度运动平台pid控制系统仿真研究

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1、六自由度运动平台PID控制系统仿真研究摘要Stewart平台的出现始于1965年德国学者Stewart发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器。目前经典的Stewart平台机构由上、下两个平台和六个可伸缩的支腿以及它们之间的连接铰链构成，其下平台通常为基台（Base-platform）,上平台通常为负载平台（Payload-platform）（即Stewart平台的工作平台）。Stewart平台通过六个支腿的伸缩运动可以实现负载平台在工作空间范围内的六自由度运动，并具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点，因此近年来被广泛应用于并

2、联机床、精密定位平台和振动隔离平台等方面。Stewart平台在并联机床和精密定位平台方面的应用相对成熟，已有实用化的商品供应市场。Stewart平台应用于六自由度振动隔离平台的研究与开发相对发展较晚，不仅开发的系统远未达到实用化水平，其理论领域的研究也多属空白，其根本原因是应用于振动隔离的Stewart平台的基台是运动的，随之而带来许多新的问题。到目前为止，在Stewart平台的理论研究方面已取得一些研究成果，比如Mille（r1992）使用Lagrange动力学方程建立了Stewart平台的动力学模型；Dasgupta和Mruthyunjay

3、a（1998）使用Newton-Euler动力学方程推导出闭合形式的Stewart平台的动力学模型；Codourey和Burdet（1997）、Wang和Gosselin（1998）、Tsai（2000）等人分别利用虚功原理建立了Stewart平台的逆动力学模型。但是，上述关于Stewart平台的动力学模型都是在假设Stewart平台的基台固定不动的情况下建立的。本文的主要研究工作和意义如下：1、基于Dasgupta提出的在基台固定情况下的Stewart平台的动力学模型，在Matlab/Simulink环境下建立了Stewart平台闭环动力学仿

4、真系统。其意义在于利用该仿真系统能对一般的基台在固定情况下的Stewart平台的动力学特性进行仿真分析。2、分析了利用任务空间运动状态反馈方式求解Stewart平台的逆动力学问题，利用驱动空间运动状态反馈方式求解Stewart平台的正动力学问题。其意义在于利用Stewart平台的闭环动力学模型实现了Stewart平台的正动力学和Stewart平台的运动学正解的求解，避开了直接建立Stewart平台的正动力学模型和直接求解Stewart平台的运动学正解问题的复杂性。关键词：Stewart平台，六自由度，基台运动，动力学模型，Newton-Eule

5、r法ABSTRACTTheStewartplatform,whichisa6-DOF(degreesoffreedom)parallelmechanismwithtwobodiesconnectedtogetherbysixextensiblelegsthroughthejoints,isgeneralizedfromtheflightsimulatorproposedbyStewart(1965).ThelowerplatformofageneralStewartplatformisreferredtoasthebase-platforman

6、dtheupperplatformisknownasthepayload-platform,whichisalwaysreferredtoastheworkplatform.TheStewartplatformcannotonlyletitspayload-platformmovewith6-DOFintheworkspacethroughtheextensionandcontractionofthesixlegs,butalsopossessesthehighstiffness,highprecision,highload,andexcell

7、entdynamiccharacteristics.Inthiscase,theStewartplatformiswidelyusedtorealizethemechanicalmachining,theprecisionpositioning,andthevibrationisolation.Inthelasttwodecades,themechanicalmachiningandtheprecisionpositioningbasedonStewartplatformarerelativelymaturetothevibrationisol

8、ationbasedonStewartplatform.Someparallelmachinesandprecisionpositioningplat