超长行程六自由度并联运动系统耦合特性表征及模态解耦控制机理研究

六自由度并联运动系统是一种重要的运动模拟试验设备，本研究以空间对接机构综合试验台项目中超大运动范围六自由度运动模拟器研制为背景，建立基于模态分析的大行程液压驱动6-DOF并联运动系统的模态模型，提出一种并联机构耦合特性的定量评价指标。分析当系统存在自由度和模态耦合问题时系统模态对性能的影响，研究并联机构的模态解耦控制，解决大运动范围并联机构的自由度和模态耦合问题，为大运动范围、高频率响的并联机构的结构解耦设计及控制提供理论基础。

针对大型超长行程液压驱动六自由度并联运动系统在工程中出现的自由度以及模态耦合问题，本课题对大型六自由度并联运动平台的动力学建模和解耦控制进行了理论分析和试验研究。在对六自由度并联运动系统进行详细的动力学建模并分析其固有频率的基础上，给出了一种并联机构动力学耦合特性的定量评价指标。通过对并联机构模态特性进行分析，基于模态空间控制的理论设计了并联机构模态空间PID控制器和模态空间前馈控制器，提出了空间并联多自由度运动系统的模态空间解耦控制方法。通过对长行程单出杆液压作动器进行横向振动分析，研究中首次发现了细长作动器的横向振动是限制大型并联运动系统频宽的主要原因，并在此基础上针对高频响并联机构提出新的分析和设计方法。