STEWART平台的WASHOUT算法研究

论文摘要

现代运动模拟器通常采用并联六自由度Stewart平台作为运动系统。Stewart平台具有刚度好、定位精度高、承载能力大的特点,特别适合于高精度、大荷载且对工作空间要求相对较小的场合,所以六自由度并联平台的这些优点决定了它非常适合应用在运动模拟器中。由于Stewart平台的运动范围有限,不可能完全再现真实交通工具的运动轨迹。所以需要用Washout滤波算法,将交通工具的实际运动变换成使人有相似感受而且模拟器能够实现的信号。因此模拟器的模拟运动是否逼真,Washout滤波器设计的好坏至关重要。本文的核心内容就是针对Stewart平台进行Washout滤波器的设计及其性能仿真和试验。本文详细阐述了Washout滤波器的设计过程。通过比较选择了经典的Washout算法;确定上平台质心为Washout位置;总结了滤波器形式的影响因素;推算出各个滤波器的最低阶数;计算推导了倾斜协调通道对滤波器阶数的影响。本文的Washout滤波器具有如下基本形式:对于高通加速度通道,平移和侧移方向都采用二阶高通滤波,升沉方向采用三阶高通滤波;倾斜协调通道纵向和侧向都选择二阶低通滤波器;高通角速度通道的三个方向都采用二阶高通滤波器。根据经验初选滤波器参数,最后对滤波器参数进行了优化。通过Matlab搭建仿真模型,证明Washout滤波算法能够提高模拟逼真度。然后,改变相关滤波器的自然响应频率,通过分析输出信号,总结出了Washout滤波器自然响应频率的选择原则。最后,用C++Builder编程,在六自由度Stewart平台上针对所设计的滤波器进行了试验。试验证明,本文所设计的Washout滤波器达到了预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 运动模拟综述
• 1.2.1 运动模拟的发展和优点
• 1.2.2 六自由度运动模拟器研究现状
• 1.3 Washout滤波算法的发展过程
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 Stewart平台运动学分析
• 2.1 Stewart平台基本结构及坐标系建立
• 2.2 Stewart平台运动学分析
• 2.2.1 Stewart平台位置反解
• 2.2.2 Stewart平台位置正解
• 2.3 坐标变换
• 2.4 Stewart平台的控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 Washout滤波器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 Washout滤波器设计基础
• 3.2.1 滤波方式的选择
• 3.2.2 Washout位置的选择
• 3.3 滤波器形式的影响因素
• 3.3.1 滤波器的最低阶数
• 3.3.2 倾斜协调通道对滤波器阶数的影响
• 3.4 滤波器形式的确定
• 3.4.1 比例环节
• 3.4.2 高通加速度通道
• 3.4.3 高通角速度通道
• 3.4.4 倾斜协调通道
• 3.4.5 加速度转换成位移的二次滤波
• 3.4.6 限制环节
• 3.5 滤波器参数值的设定和优化
• 3.5.1 驾驶员的感觉评价模型
• 3.5.2 滤波器参数的初步设定
• 3.5.3 滤波器参数优化
• 3.6 本章小结
• 第4章 Washout滤波器仿真
• 4.1 仿真模型
• 4.2 滤波器自然响应频率对性能的影响
• 4.3 滤波器性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 Washout滤波器性能试验
• 5.1 试验系统硬件部分
• 5.1.1 磁致伸缩位移传感器
• 5.1.2 系统液压控制油路
• 5.2 试验系统软件部分
• 5.2.1 主控制程序
• 5.2.2 Washout滤波器模块
• 5.3 试验结果分析
• 5.3.1 脉冲信号试验
• 5.3.2 正弦信号试验
• 5.3.3 方波信号试验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢