基于少自由度并联支撑机构的动基座自动调平系统研究

自动调平技术广泛应用于工程机械、航空航天、军事等领域，其调平性能直接影响到系统的精度。以少自由度并联机构作为动基座自动调平系统支撑机构，建立自动调平平台误差模型，解决外界随机噪声干扰对机动实时调平性能影响技术难题。本项目针对动基座自动调平系统机动实时调平特性，采用键合图理论及微分流形综合分析方法，建立完整的少自由度并联支撑机构动基座自动调平平台误差模型，解决调平平台非线性波动误差微分方程求解问题，探讨自动调平平台误差模型的可观测性；研究基于路谱随机性激励下的自适应卡尔曼滤波及H∞ 控制方法，解决机动实时调平过程中不确定性干扰对动基座自动调平系统快速调平性能的影响，探讨随机激励情况下H∞ 控制系统的稳定性；最终研制一台动基座自动调平系统缩尺模型，并完成实验研究，为原型的实际建造提供理论支持。这一工作拓宽少自由度并联机构研究范畴，对机动实时调平技术具有重要的理论研究意义和价值。

本项目立足于并联机构在动基座自动调平应用领域，旨在解决动基座自动调平系统机动、实时调平这一技术难题，对动基座自动调平系统新型并联支撑机构及其耦合运动学/动力学进行了全面系统的研究。. 自动调平技术广泛应用于工程机械、航空航天、军事工业等领域，其调平性能直接影响系统的精度。目前，自动调平技术所采取的支撑机构难以建立精确的数学模型，采取的单点调平方式影响了自动调平系统的快速性和准确性。通过对动基座自动调平特性分析，以螺旋理论及微分流形综合分析方法为主要数学分析工具，对少自由度并联机构运动特性进行分析与综合，选取适合作为动基座自动调平系统新型并联支撑机构构型（Stewart平台型支撑机构及4-SPS（PS）型并联支撑机构）。在对Stewart并联支撑机构运动学/动力学分析基础上，基于Matlab建立该支撑机构实验仿真模型，针对不同负荷情况下自动调平平台的调平性能稳态误差分析，得出在一定倾角范围内，该并联支撑机构具有良好的调平性能；根据自动调平特性对4-SPS(PS)型并联支撑机构位姿、运动学特性等方面进行分析，建立其逆动力学模型，以调平精度为性能指标，通过对结构参数约束条件的分析，进一步对4-SPS(PS)型并联支撑机构进行尺寸优化设计，同时建立该并联支撑机构的实验仿真模型并进行仿真对比研究；为解决实际工况下模型不精确及外界强非线性干扰等不确定性因素对自动调平系统的影响，采取带观测器的滑模变结构控制，得出该控制系统能有效抑制模型不确定性因素及外界干扰对自动调平精度的影响，并在一定范围内抑制控制系统抖振现象；研究基于路谱随机性激励、载体移动速度及作动器实时反应能力等情况下动基座自动调平系统机动实时调平性能，提出采用具有随机干扰信号的变结构广义预测控制策略，建立路面随机路谱并将其作为广义预测随机变量序列，引入辅助控制量使广义预测控制与滑模变结构控制相结合，确定载体车速、控制系统响应频率及随机路谱三者之间的相互联系，从而实现了动基座自动调平平台机动实时调平。. 建立少自由度并联支撑机构动力学模型、运动学参数优化新方法、基于路谱随机性激励的先进控制系统设计为本项目研究主要内容，解决了动基座自动调平系统难以建立精确的支撑机构数学模型问题，进而实现动基座自动调平系统机动、实时自动调平，拓宽了并联机构在自动调平技术中的应用研究范畴，在机动实时自动调平技术领域具有重要的意义。