液壓stewart平臺控制系統(tǒng)設(shè)計大學(xué)本科畢業(yè)論文

液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)設(shè)計（畢業(yè)論文）-結(jié)論與展望全文總結(jié)液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)是本文的主要研究對象。作為駕駛室運動模擬器的主要部件的Stewart平臺是典型的并聯(lián)空間運動機構(gòu)，通過改變六個可調(diào)支腿的長度來實現(xiàn)平臺三個方向的旋轉(zhuǎn)與移動。為更好的了解控制系統(tǒng)的機能，本文首先設(shè)計了被控對象-Stewart平臺的結(jié)構(gòu)。這部分，本文綜合平臺運動范圍和精度兩方面的要求確定了上下平臺的外接圓半徑，并設(shè)計了平臺關(guān)鍵組成部分-液壓缸的結(jié)構(gòu)。本文的主要研究意圖就是分析、設(shè)計液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性和快速性。為此，文中對液壓伺服系統(tǒng)的組成元件進行了分析、設(shè)計及選型，相應(yīng)的建立了控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。通過MATLAB/Simulink平臺對系統(tǒng)進行了仿真分析，并根據(jù)仿真結(jié)果對系統(tǒng)進行了初步的滯后校正。此外，本文主要設(shè)計了PID控制器，通過通過MATLAB仿真分析比較選擇適當控制方式并通過試湊法確定PID控制器的參數(shù)，保證控制系統(tǒng)穩(wěn)、準、快的三大基本要求。最后，本文從硬件系統(tǒng)的角度設(shè)計了基于CAN總線并以單片機為核心的控制系統(tǒng)，并畫出了單片機控制系統(tǒng)的電路圖原理圖。該控制系統(tǒng)分為上位機和下位機兩個控制級別，采用了分布式控制方式。課題展望展望未來發(fā)展，Stewart平臺將會在各領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用，其控制系統(tǒng)的研究也將有長足的發(fā)展與進步。而受時間、精力等的限制，本文雖從被控對象、組成、數(shù)學(xué)模型和硬件系統(tǒng)等角度對液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，但整體來說還處在設(shè)計的初期階段，為使平臺具有更好的運動精度、控制精度，以下幾方面還有待改進：優(yōu)化平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文中設(shè)計液壓缸結(jié)構(gòu)時采用的受力分析只是采用的簡單的理論計算及考慮一定安全系數(shù)，分析過于簡單。為得到更準確的受力，可以建模并在通過ADAMS仿真實時分析受力，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。改善控制算法。文中在簡單PID控制的范圍內(nèi)進行PID控制器擇優(yōu)設(shè)計，但系統(tǒng)的快速性仍有待提高，故可以采用更先進的控制算法，如模糊PID控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制。完善軟件仿真。本文中有用到MATLAB有關(guān)控制系統(tǒng)的仿真，而本文Stewart平臺采用的液壓驅(qū)動，因此還可以建立液壓系統(tǒng)模型通過AMESim進行液壓伺服系統(tǒng)的仿真，還可以進一步采取AMESim和MATLAB的聯(lián)合仿真。液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)設(shè)計（畢業(yè)論文）致謝值此畢業(yè)之際，我要表示衷心的感謝。首先，我要感謝擔當畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)的崔玉鑫老師。感謝崔老師在選題方面的幫助，本課題在結(jié)合學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上知識性也很豐富，為接下來的畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)造了一個良好的開端。在接下來的研究學(xué)習(xí)過程中，崔老師也給予了悉心的指導(dǎo)，將傳道授業(yè)解惑化為實踐，提醒我的不足，拓寬我的視野，同時提升畢業(yè)論文“形”和“意”的質(zhì)量，讓我在大學(xué)生涯的最后階段得到一大提升。再者，我要感謝課程設(shè)計中不吝指導(dǎo)的秦四成老師和王繼新老師，知錯而后能改焉。還要感謝電液伺服控制選修課上王昕老師的認真教導(dǎo)以及參觀實驗時倪濤老師的細心講解。此外，更要感謝大學(xué)學(xué)習(xí)過程中各位老師的教授，為我的學(xué)習(xí)研究奠定不可或缺的基礎(chǔ)。最后，我也要感謝學(xué)習(xí)過程中給予我?guī)椭椭更c的各位同學(xué)以及支持鼓勵我的家人。參考文獻液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)設(shè)計（畢業(yè)論文）參考文獻[1]唐建林．基于模型的液壓六自由度運動平臺自適應(yīng)控制研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009[2]莫春曉．基于LabVIEW的Stewart平臺控制及實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009[3]吳博.基于定量反饋理論的飛行模擬器運動平臺控制系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007,6[4]徐文輝，吳盛林，袁立鵬．從誤差角度考慮Stewart平臺結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].流體傳動與控制，2006，7，（4）：51-53[5]徐達偉．液壓缸端蓋與缸筒的連接形式[J].液壓與氣動，1987，（4）：39-42[6]王春行．液壓伺服控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1981[7]許賢良.韋文術(shù).液壓缸及其設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011[8]歐陽呂衛(wèi).電液伺服控制六自由度運動平臺聯(lián)合仿真研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2010,5[9]李磊.六自由度并聯(lián)平臺位置正解及控制方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2008,7[10]劉金標，王思偉，牟偉.基于六自由度模擬平臺液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].液壓與氣動，2011，（4）：13-15[11]徐文輝，吳盛林.六自由度Stewart平臺液壓油路的改進設(shè)計[J].機械工程師.2006，（6）：86-87[12]徐文輝.六自由度Stewart平臺運動學(xué)參數(shù)的計算和試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006,6[13]高峰.六自由度運動平臺伺服系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2004,3[14]馮建，趙輝，劉偉文，張永杰，陶若杰.磁致伸縮位移傳感器電路系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù).2010，1，（33）：11-13[15]張利平.液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006[16]王正林,王勝開，陳國順，王琪.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005[17]高春甫,張宏穎.機電控制系統(tǒng)分析與設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2007[18]熊曉君.自動控制原理試驗教程（硬件模擬與MATLAB仿真）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009[19]李軍.51系列單片機高級實例開發(fā)指南[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004[20]馮博琴，吳寧.微型計算機原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007[21]梁來雨．超大型六自由度加載平臺系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2011[22]袁劍雄，王知行，李兵．Stewart平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].哈爾濱理工大學(xué)報，2000[23]張昱鵬.一種大型Stewart平臺的設(shè)計和分析[D].沈陽：東北大學(xué)，2009[24]寇尊權(quán)，王多.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011[25]張建政．并聯(lián)六維運動重載動態(tài)模擬器機構(gòu)設(shè)計與性能研究[D].上海:上海交通大學(xué)，2012[26]譚浩強.C程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005[27]王秋敏.伺服閥控非對稱液壓缸同步控制系統(tǒng)仿真研究[D].濟南：山東大學(xué)，2005,10[28]高建樹，文家富.六自由度運動平臺液壓伺服系統(tǒng)的建模與仿真[J].組合機床與自動化加工技術(shù).2011，4，（6）：67-73[29]劉順安.液壓傳動與氣壓傳動[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1999[30]胡壽松.自動控制原理[M].北京：科學(xué)出版社，2007[31]常文秀.電工學(xué)Ⅱ[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010[32]高峰.六自由度運動平臺伺服系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2004,3[33]沈紅衛(wèi).單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010[34]R.Vertechy,V.Parenti-Castelli,AFastandRobustMethodfortheSolutionofthe6-3Stewart-GoughPlatformDirectPositionAnalysis.JournalofMechanismsandRobotics.FEBRUARY2009[35]D.Stewart.Aplatformwithsixdegreesoffreedom.Proc.Inct.Mech.Engineers.1965-1966[36]BhaskarDasgupta，T.S.Mruthyunjaya．TheStewartplatformmanipulator：areview[J]．MechanismandMachineTheory,1998，12：4-6．[37]IoannisDavliakos,EvangelosPapadopoulos．Model-basedcontrolofa6-dofelectrohydraulicStewart–GoughPlatform[J]．MechanismAndMachineTheory，2007，12：1385-1396．[38]IoannisDavliakos,EvangelosPapadopoulos．Model-basedcontrolofa6-dofelectrohydraulicStewart–Goughplatform[J]．MechanismandMachineTheory，2008(43)：1385–1400．[39]G.M.Mckinnon.Hydraulicservomechanismsinflightsimulation.Hydraulic&Pneumatics,1981，10附錄附錄Stewart平臺運動分析程序代碼（之一）：#definePI3.1416#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain(){ inti,j,m,n; doubled[7]; doubleD2[7]; doublemax,min; intN_max,N_min; doubleA_1[3],A_2[3],A_3[3],A_4[3],A_5[3],A_6[3]; doublex0=450.0; doubley0=0.0; doublez0=1200.0; doubleH=0.0; doubleP=0.0; doubleQ=0.0; doubler=1200; doubleR=1500; doublea_1[3]={r*cos(PI*52.5/180),r*sin(PI*52.5/180),0};doublea_2[3]={r*cos(PI*67.5/180),r*sin(PI*67.5/180),0};doublea_3[3]={r*cos(PI*172.5/180),r*sin(PI*172.5/180),0};doublea_4[3]={r*cos(PI*172.5/180),-r*sin(PI*172.5/180),0};doublea_5[3]={r*cos(PI*67.5/180),-r*sin(PI*67.5/180),0}; doublea_6[3]={r*cos(PI*52.5/180),-r*sin(PI*52.5/180),0};doubleB_1[3]={R*cos(PI*10/180),R*sin(PI*10/180),0};doubleB_2[3]={R*cos(PI*110/180),R*sin(PI*110/180),0}; doubleB_3[3]={R*cos(PI*130/180),R*sin(PI*130/180),0}; doubleB_4[3]={R*cos(PI*130/180),-R*sin(PI*130/180),0}; doubleB_5[3]={R*cos(PI*110/180),-R*sin(PI*110/180),0}; doubleB_6[3]={R*cos(PI*10/180),-R*sin(PI*10/180),0};doubleT[4][4]={{1,0,0,450},{0,1,0,0},{0,0,1,1200},{0,0,0,1}}; printf("a_i\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",a_1[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",a_2[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",a_3[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",a_4[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",a_5[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",a_6[j]); printf("\n"); printf("B_i\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",B_1[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",B_2[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",B_3[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",B_4[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",B_5[j]); printf("\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",B_6[j]); printf("\n"); printf("T[4][4]\n");for(i=0;i<4;i++) { for(j=0;j<4;j++) printf("%10.2f",T[i][j]); printf("\n"); }for(i=0;i<3;i++) A_1[i]=T[i][0]*a_1[0]+T[i][1]*a_1[1]+T[i][2]*a_1[2]+T[i][3]*1;printf("A_i\n"); for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",A_1[j]); printf("\n"); for(i=0;i<3;i++) A_2[i]=T[i][0]*a_2[0]+T[i][1]*a_2[1]+T[i][2]*a_2[2]+T[i][3]*1; for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",A_2[j]); printf("\n"); for(i=0;i<3;i++) A_3[i]=T[i][0]*a_3[0]+T[i][1]*a_3[1]+T[i][2]*a_3[2]+T[i][3]*1; for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",A_3[j]); printf("\n"); for(i=0;i<3;i++) A_4[i]=T[i][0]*a_4[0]+T[i][1]*a_4[1]+T[i][2]*a_4[2]+T[i][3]*1; for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",A_4[j]); printf("\n"); for(i=0;i<3;i++) A_5[i]=T[i][0]*a_5[0]+T[i][1]*a_5[1]+T[i][2]*a_5[2]+T[i][3]*1; for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",A_5[j]); printf("\n"); for(i=0;i<3;i++) A_6[i]=T[i][0]*a_6[0]+T[i][1]*a_6[1]+T[i][2]*a_6[2]+T[i][3]*1; for(j=0;j<3;j++) printf("%10.2f",A_6[j]); printf("\n"); D2[1]=(A_1[0]-B_1[0])*(A_1[0]-B_1[0])+(A_1[1]-B_1[1])*(A_1[1]-B_1[1])+(A_1[2]-B_1[2])*(A_1[2]-B_1[2]); D2[2]=(A_2[0]-B_2[0])*(A_2[0]-B_2[0])+(A_2[1]-B_2[1])*(A_2[1]-B_2[1])+(A_2[2]-B_2[2])*(A_2[2]-B_2[2]); D2[3]=(A_3[0]-B_3[0])*(A_3[0]-B_3[0])+(A_3[1]-B_3[1])*(A_3[1]-B_3[1])+(A_3[2]-B_3[2])*(A_3[2]-B_3[2]); D2[4]=(A_4[0]-B_4[0])*(A_4[0]-B_4[0])+(A_4[1]-B_4[1])*(A_4[1]-B_4[1])+(A_4[2]-B_4[2])*(A_4[2]-B_4[2]); D2[5]=(A_5[0]-B_5[0])*(A