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1、编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 六自由度液压运动平台的自动控制 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ）2013年5月25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，）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。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。通过六自由度运动平
2、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AbstractSix degree of freedom motion platform, because there is a very broad application p
3、rospects, can be completed in the space of six degrees of freedom (X, Y, Z, alpha, beta, gamma) movement, which can simulate various spatial motion, can be widely applied to various training simulator. As the development of six degree of freedom motion platform, relates to the mechanical, hydraulic,
4、 electrical, control, computer, sensor, the spatial movement mathematical model, real-time signal transmission and processing, graphic display, dynamic simulation and so on a series of high-tech fields, so the development of six degree of freedom motion platform into colleges and universities, resea
5、rch institutes to hydraulic and control field level symbol.Through the mechanism, characteristics and application of six degree of freedom motion platform, can complete the modeling of hydraulic servo system based on the general control platform design, in the Matlab software to simulate the system
6、analysis, the conventional PID control and PID neural network algorithm based on advanced control methods were compared, the simulation results show that the PID neural network the control method has good control effect of the servo system based on, it also proved that the design of electro-hydrauli
7、c servo control system is reasonable, the control strategy is applied in the prototype platform, platform stable operation, smooth. As a platform to control the further improvement and laid the foundation for the perfection of.Key words：6-DOF platform；hydraulic；PID control目 录摘要IIIABSTRACTIV目录V1 绪论错误
8、!未定义书签。1.1 课题背景及意义错误!未定义书签。1.2 六自由度平台发展及应用错误!未定义书签。1.3 六自由度平台国内外研究状况31.3.1 国外研究现状31.3.2 国内研究现状错误!未定义书签。1.4 课题主要研究内容42 六自由度运动平台本体结构设计52.1 平台主要性能指标52.2 平台结构52.3 平台驱动方式63 液压缸设计73.1简介73.2 液压缸的设计73.3 液压缸的密封设计103.4 支承导向的设计103.5 防尘圈的设计113.6 液压缸材料的选用113.7 液压泵的选择123.8 电机的选择144 液压油路设计154.1 液压设备外接线路154.2 操作板15
9、4.3 程序地址分配164.4 芯片接线图174.5 PLC程序指令205 液压伺服系统的建模与仿真255.1 六自由度运动平台系统的总体设计255.2 数学模型的建立255.2.1 单个作动器的数学模型265.3 系统的控制及仿真265.3.1 基于常规PID的控制系统仿真研究265.3.2 基于BP神经网络的控制算法275.3.3 仿真实现286 液压运动平台的运动仿真306.1 液压平台的基本结构设计306.2 虚拟样机的建立与仿真316.2.1 零件建模316.2.2 装配设计326.2.3 运动分析336.3 结束语367 结论与展望37致谢38参考文献39六自由度液压运动平台的自动
10、控制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
11、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
12、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A Platform with 6 degrees freedom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
13、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年澳大利亚著名的机构学专家Hunt.KH教授指出Stewart机构更接近于人体的结构,提出可将Stewart平台机构用作并联机器人的主要机构,至此并联机器人的研究受到许多学者的关注。MacCallion和Pham在1979年首次利用这种机构设计出了用于装配的机器人,从此拉开了并联机器人研究的序幕,此后Stewart机构又被称为并联机器人。Stewart机构在大功率
14、装配机器人、步行机器人、机器人手腕等方面得到进步的发展。Stewart机构进一步的应用范围逐渐扩展到机床方面,即所谓的并联机床,但不论是并联机器人还是并联机床,要实现运动精确伺服控制是非常困难的,主要难点在于Stewart机构在运动学、动力学极其控制方面蕴涵的复杂性和大量的计算。进入到上世纪80年代末以后,计算机工业的飞速发展为解决Stewart机构诸多难点提供了强有力的支持,对Stewart机构的研究和研究进入了一个新的时期。Hunt应用空间机构自由度计算准则及螺旋理论对Stewart机构的机器人进行了机构综合研究,给出了多种6-DOF的并联机构的基本形式。1988年Merlet教授提出了I
15、NRIA并联机构的样机。1997年意大利研制出具有六个自由度的Turin并联机构。六自由度平台的另一个重要的发展方向,是作为微动机构或微型机构,在三维空间微小移动,仍具有小的土作空间,这种微动机构正好发挥了六自由度摇摆台的特点,工作空间小大,但精度和分辨率都非常高。一个例子是用在眼科手术中,治疗视网膜静脉闭,另有一种微动双指并联机构,用于生物工程上的细微外科手术中的细胞操作。由于六自由度并联机构的应用日益广泛,其领域不断扩展。按平台的工作特性,可以分为两个方面的应用操作器和运动仿真。在国防军事上,随着高新技术在军事领域的广泛应用,现代化武器装备技术先进、价格昂贵的特点越来越突出。一艘先进战舰造价昂贵,如果全部实装训练不仅耗资巨大,同时也大大缩短了战舰的寿命。为解决这一难题,许多发达国家采取花巨资研制模拟器的对策,并规定凡：装备新武器,必须装备相应的模拟器。美国于20世纪40年代就研制出了第一台飞行模拟器。可见六自由度并联机构的应用就船舶模拟器而言,其制造和应用一方面是技术水
