并联式辅机摇摆试验台研究

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1、江苏科技大学工学硕士学位论文先进的伺服电机控制技术来实现对摇摆台的运动控制。随着计算机技术、机械加工技术、集成传感技术和液压技术等相关领域的迅速发展，对摇摆台的设计和制造产生了深远的影响。最初摇摆台的研制用于军事用途，例如美国宾夕法尼亚州匹兹堡的康特维斯戈尔兹公司，60~70年代研制的51系列转台用于测试具有军事用途的陀螺。随后又研发了53D、53E、53G、53w等三轴转台，精度[4]较之前大大的提高。最近美国海军水面作战中心Carderock分部研制出了两自由度[5]摇摆台，该摇摆台采用电液驱动的方式来实现其模拟运动(横摇和纵摇)。近

2、几年来，摇摆试验台也被应用到工业和娱乐场所，如美国Ford汽车公司研制的[6]汽车行驶仿真器，德国Rexroth公司为德国奔驰汽车公司建造的大型汽车行驶模拟[7]试验台，美国、日本等国家的一些著名游乐场所运动模拟器等等。1.2.2国内摇摆试验台研究现状我国无论是液压技术还是摇摆试验台的研制工作起步都比较晚，但发展比较迅速。例如1979年由哈尔滨工业大学、6354所和441厂共同研制的我国第一台双轴转台“7191双轴气浮轴承转台”。1982年，由6354研究所研制成功的“7191—N”型双轴摇摆台。该摇摆台比“7191”型摇摆台在性能上有了

3、更高一步的提高，如精度、功能扩展、可靠性和连续工作时间等方面。南京电子技术研究所研究设计了某舰载雷达大型摇摆试验台的设计，该摇摆试验[8]台是为某舰载雷达天线系统提供一个模拟舰体的试验台。北京兰钦克世纪科技有限公司研制的教八飞行模拟器，三个并联的伺服作动器驱动模拟器做三自由度的运动，其中最大垂直方向位移为0.3m，最大的俯仰和横倾角为17.3o，最大角加速度为°1802；北理工、空军航空大学、哈工大等科研院校也研制了s[9-11]六自由度飞行模拟器运动平台。北京星光凯明动感仿真模拟器中心研发的我国首台机电式六自由度飞行模拟器，[12]以及

4、在上海2010世博会上展出的地震模拟台。如图1.1和1.2所示。我国虽然研制摇摆台起步比较晚，但是进步很快。有些摇摆台的技术参数水平已经达到或者接近世界最高水平，但总体水平还处于中游水平。我们需要在吸收消化国外先进摇摆台技术的同时，研发出具有自主知识产权的先进的摇摆试验台。2第1章绪论图1.1机电式六自由度飞行模拟器Fig.1.1Electromechanicalsix-degreeoffreedomflightsimulator图1.2地震模拟台Fig.1.2Seismicsimulationplatform3江苏科技大学工学硕士学位论

5、文1.2.3国内外摇摆试验台发展趋势从国内外摇摆试验台的研制过程及其发展趋势来看，模块化、总线化、标准化、系列化是其发展的趋势，这有利于摇摆试验台的研制、使用、维护和发展；从负载的变化使得伺服系统由电气驱动过渡到电液驱动，极大地加大了摇摆试验台的负载能力；从控制方法上由早期的简单的PID控制到现在的模糊控制、鲁棒控制、自适应模糊PID控制等智能控制，进一步实现了摇摆试验台的精确控制。自上个世纪八十年代以来，多自由度摇摆试验台研究的人很多，近年来国内外有关研究机构对少自由度摇摆试验台运动系统的研究和应用日趋青睐，乃一热点研究领域。1.3试验

6、台的几种机械结构1.3.1试验台串联与并联机械机构的特点摇摆试验台系统按结构可分为串联和并联式两种。并联机构和串联机构相比有如下特点：①与串联机构相比，并联机构刚度大，结构稳定；②由于刚度大，并联机构较串联机构在相同的自重或体积下，具有较大的承载能力；③串联机构末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，误差大而精度低，并联机构没有那样的积累和放大关系，误差小而精度高；④串联结构的驱动系统都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能，而并联机构则很容易将驱动置于机座上，减小了运动负荷；⑤在空间位姿求解上，串联机构正解容易，但反解

7、十分困难，而并联机构正解困难反解却非常容易。由于机器人在线实时计算及控制时要计算反解，这对串联机构十[13]分不利，而并联机构却容易实现。因串联结构存在刚度小、承载力弱、精度低等缺点，在宇航、飞机、舰船和车载等大型设备进行模拟和可靠性研究中，并联摇摆试验台的运用较为普及，在精密仪器测试设备、并联机床、机器人等领域也被广泛地得到[14]应用。1.3.2三自由度摇摆试验台的几种结构形式船舶辅机摇摆试验台主要是用来再现舰船在水中的运动姿态，为受试装备的开发和实验提供模拟舰船在水中运动的环境。由于对受试装备影响的参数主要是舰船的横摇、纵摇以及垂荡

8、运动，所以在考虑摇摆试验台结构时以能实现舰船横摇、纵摇以及垂荡运动为主。以下是几种摇摆试验台的结构形式介绍。(1)三轴摇摆试验台结构三轴摇摆试验台作为一种试验设备，能够模拟艏摇、横摇、纵摇的三