液压冗余驱动并联机构的上平台振动抑制方法研究

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1、硕士学位论文液压冗余驱动并联机构的上平台振动抑制方法研究VIBRATIONSUPPRESSIONOFTHEMOVABLEPLATFORMOFTHEHYDRAULICALLYDRIVENREDUNDANTPARALLELMECHANISM何俊哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文液压冗余驱动并联机构的上平台振动抑制方法研究硕士研究生：何俊导师：何景峰申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:6

2、81.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringVIBRATIONSUPPRESSIONOFTHEMOVABLEPLATFORMOFTHEHYDRAULICALLYDRIVENREDUNDANTPARALLELMECHANISMCandidate：HeJunSupervisor：AssociateProf.HeJingfengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEng

3、ineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要并联机构以其承载能力强、刚度大、精度高等优点在学术上和工程上得到广泛研究和应用。冗余驱动并联机构相比于非冗余驱动并联机构有着更大的负载能力。冗余驱动并联机构常常通过减少上平台厚度来减少自身重量和提高负载能力，上平台的固有频率会随着厚度的减少而降低，在高频振动作用下，其上平台甚至整个机构都有可能会发生振动变形。在冗余驱动并联机构的各驱动支腿中存在一定的内力，本文主要通过研究控制各驱动支腿中

4、的内力对上平台的变形或柔性造成的平台本身的振动进行一定的抑制作用。本文首先冗余驱动并联机构的运动学反解、运动学正解、雅克比矩阵进行理论分析求解，通过仿真分析验证了运动学正反解的正确性。之后对冗余驱动并联机构各支腿中的内力分析求解，根据机构驱动系统的压力信息及伪逆方法求解的内力矩阵，解算得到冗余驱动并联机构各驱动支腿中存在的内力，对该内力进行协调控制，并通过仿真分析验证内力协调控制的效果。根据添加冗余驱动支腿将实验室现有的非冗余并联机构样机改造成冗余驱动并联机构样机，通过实验验证冗余驱动并联机构在横向振动和升沉方向上振动时各驱动支腿的内力情况及内力协调控制的效果。接着将冗余驱动并联机构分解为柔性

5、的上平台和刚性的驱动系统，利用有限元软件ANSYS对运动平台进行模态分析，通过集中质量法和模态空间变换法两种不同方法对运动平台进行模态降阶处理，通过分析比较两种模态降阶方法求解得到运动平台的状态方程的优劣，选择模态空间变换法得到运动平台在模态空间的状态方程。之后需要对振动主动控制的分析，本文选择线性二次型最优控制为对运动平台的振动主动控制，通过对线性二次型最优控制的分析以及权值矩阵选择分析，求解最优反馈矩阵，结合液压驱动系统和运动平台模态空间的状态方程构建，实现最优反馈控制对运动平台的模态空间中的状态方程的控制，并通过仿真验证最优控制反馈对运动平台的振动控制效果。之后建立整个冗余驱动并联机构运

6、动与振动同时控制的控制方法和具体的结构控制框图，在建立冗余驱动并联机构运动与振动控制系统之前首先需要研究了运动控制策略及控制器设计、振动控制中运动平台传感器观测点（铰点）柔性变量的分析求解、振动控制器的分析设计以及振动闭环控制回路分析设计，其次建立被控制对象-三维的刚柔结合的ADAMS虚拟样机模型替代实际冗余驱动并联机构。之后根据上述结果最终建立起液压冗余驱动并联机构运动与振动控制的-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文MATLAB和ADAMS虚拟样机模型，通过应用其虚拟样机得到的振动控制前后柔性变量的变化规律来验证振动主动控制方法的效果。关键词：冗余驱动并联机构，内力协调，模态降阶，振动抑制，

7、线性二次型最优控制-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeadvantagesofthelargeloadcapacity,highstiffnessandhighaccuracy，parallelmechanismhasbeenwidelystudiedandappliedinacademicandEngineeringResearch.Redundantactuat