两自由度液压振动台设计

论文摘要

振动台是一种利用电动、液压、压电或其他原理获得机械振动的装置,可以在实验室提供典型振动条件或者模拟、再现环境;并且可以用来评价、测试系统可靠性的重要设备,广泛应用在军事、航天等领域,尤其是少自由度振动台,具有机构简单,控制方便等特点。本课题的背景是为大连海事大学设计的两自由度液压振动台,主要内容包括:振动台的运动学分析和动力学的建模;依据对平台的负载匹配计算,完成了液压动力机构和传感器的选型,考虑平台的柔性建立了液压动力机构动力学模型;考虑平台的柔性对系统控制性能的影响,使用三状态控制方法设计振动台的控制器;基于虚拟样机技术对平台进行了联合仿真,验证控制器设计的有效性。本文首先对振动台进行运动学和动力学的分析和推导,用牛顿——欧拉法建立振动台的动力学的数学模型;用MATLAB的SimMechanics工具箱建立振动台的基于物理的动力学模型,对两个模型进行了对比分析,验证了模型的一致性;然后利用ADAMS软件建立振动台的动力学模型,将ADAMS模型与MATLAB建立的模型进行对比,验证模型的一致性。本文在系统设计要求下,对液压振动台进行负载匹配计算,通过计算选择了满足工况要求的元件,得出系统的固有频率;考虑平台的柔性影响时,推导系统的动力学模型,考察平台的柔性对液压动力机构的影响。液压系统的控制器设计。首先考察系统在简单控制方法下的特性;在单系统模型下,利用振动台控制系统中常用的三状态控制方法调节系统性能,在假设平台为刚体和柔性体这两种情况下设计系统的控制器,考察两种不同情况下控制器的不同设计方法,最终使系统的频宽达到要求。基于虚拟样机技术的联合仿真。对ADAMS模型进行柔性化,得到平台的柔性化模型;将用MATLAB建立的控制系统模型分别和ADAMS建立的平台的刚体模型和平台的柔性体动力学模型进行联合仿真,考察系统的特性,验证控制器设计的有效性和平台设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的及意义
• 1.2 国内外在该方向上的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及设计指标
• 1.3.1 振动台性能指标
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 第2章 振动台运动学和动力学分析
• 2.1 引言Equation Section 2
• 2.2 运动学分析
• 2.3 动力学分析
• 2.3.1 动力学建模
• 2.3.2 MATLAB 动力学模型验证
• 2.3.3 ADAMS 动力学模型验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 液压动力机构设计与建模
• 3.1 引言Equation Section 3
• 3.2 液压动力机构负载匹配
• 3.3 液压系统动力学建模
• 3.3.1 液压系统动力学模型
• 3.3.2 平台为柔性时的液压系统动力学模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 液压振动台控制器设计
• 4.1 引言Equation Section 4
• 4.2 采用比例位置反馈控制的液压控制系统
• 4.3 振动台三状态控制器设计
• 4.3.1 系统可控性判定
• 4.3.2 三状态控制器设计
• 4.3.3 输入滤波器的设计
• 4.4 柔性平台时的三状态控制器设计
• 4.4.1 弹性负载的传递函数的简化
• 4.4.2 弹性负载时的三状态控制器设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于虚拟样机技术的振动台动力学联合仿真
• 5.1 引言
• 5.2 振动台系统联合仿真
• 5.3 弹性负载时振动台系统联合仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢