六自由度振动试验台伺服控制系统设计

论文摘要

多轴振动试验台作为一种基础试验设备,已广泛应用于航天、航空、水利、车辆等重要的工程领域。本课题的来源是哈尔滨工业大学电液伺服仿真及试验系统研究所承接的“985”二期“极限环境下的装备制造技术”子课题,即对冗余机构的六自由度振动试验台进行研究,以期实现振动台伺服系统的控制功能,从而达到课题技术性能指标的要求,并且使系统具备足够的稳定性、精确性和快速响应特性。课题首先对六自由度振动台的伺服控制算法进行分析设计。冗余机构的六自由度振动台伺服控制系统包括自由度分解与合成矩阵计算,三状态控制器的设计以及削弱内力的设计。通过自由度的分解与合成,实现自由度信号对激振系统的驱动。设计三状态控制器,提高系统频宽,从而满足控制性能要求。考虑到激振器内力横向分量,设计压力镇定控制器,削弱内力,保证控制特性。利用MATLAB/Simulink软件建立振动台伺服控制模型,进行仿真分析,通过系统频率特性曲线图和闭环极点分布图查看系统伺服控制特性,验证三状态控制算法的可行性,并且建立振动台伺服控制整体模型,旨在进行振动台实验操作。利用螺旋式快速原型建模原理和实时仿真技术,设计开发伺服控制系统软件。从功能、性能和系统三方面进行软件需求分析,提高软件设计效率。并从的伺服控制系统中数据采集处理、信号发生器、伺服控制器、监控管理、图像处理、数据保存六部分进行详细设计。最后,设计实验数据后处理软件,将存储的实验数据转换为图形显示,以便对时域特性曲线和频域特性曲线进行分析。通过对六自由度加速度频率特性图的分析,验证伺服控制系统设计可以满足课题要求的控制性能指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源和研究目的意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的研究意义和目的
• 1.2 多轴振动台的发展概述
• 1.2.1 国外多轴振动试验台的发展概述
• 1.2.2 国内多轴振动试验台的发展概述
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 伺服控制算法的设计
• 2.1 引言
• 2.2 多轴振动台伺服控制算法的简介
• 2.3 六自由度分解与合成的计算
• 2.3.1 针对于冗余机构的自由度分析
• 2.3.2 六自由度合成矩阵的计算
• 2.3.3 六自由度分解矩阵的计算
• 2.4 三状态控制算法设计
• 2.4.1 三状态控制原理
• 2.4.2 三状态控制器反馈环节的设计
• 2.4.3 三状态控制器顺馈环节的设计
• 2.4.4 三状态前馈滤波器设计
• 2.5 削弱内力的算法设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 MATLAB/Simulink建模与仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 利用MATLAB/Simulink建模仿真的原理方法
• 3.3 MATLAB/Simulink中单自由度伺服控制系统模型的建立
• 3.4 MATLAB/Simulink 中伺服系统仿真结果分析
• 3.4.1 位置反馈的PID控制系统仿真分析
• 3.4.2 三状态控制的系统仿真分析
• 3.5 MATLAB/Simulink中振动台伺服整体控制模型的建立
• 3.6 本章小结
• 第4章 伺服控制系统软件的开发与设计
• 4.1 引言
• 4.2 多轴振动台伺服控制系统软件开发的原理方法
• 4.2.1 软件开发领域工程的分析
• 4.2.2 伺服控制系统的实时仿真技术的应用
• 4.3 伺服控制系统软件的需求分析
• 4.3.1 伺服控制系统软件功能需求
• 4.3.2 伺服控制系统软件性能需求
• 4.3.3 伺服控制系统软件系统需求
• 4.4 伺服控制系统软件的设计
• 4.4.1 数据的采集和处理部分的设计
• 4.4.2 信号发生器部分的设计
• 4.4.3 伺服控制器部分的设计
• 4.4.4 监控管理部分的设计
• 4.4.5 图像处理部分的设计
• 4.4.6 实验数据保存部分的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 振动台伺服控制系统实验数据分析
• 5.1 引言
• 5.2 六自由度振动台实验装置
• 5.3 实验图形数据的后处理
• 5.4 伺服控制系统实验数据分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢