基于并联支撑机构的车载雷达天线自动调平系统研究

论文摘要

本文提出采用四自由度并联机构（4-SPS（PS））及六自由度并联机构（Stewart平台）作为动、静基座车载雷达天线自动调平系统的支撑机构,并对动、静基座自动调平平台并联支撑机构运动学、动力学进行分析。在此基础上,对静基座大负荷及动基座机动实时调平两种不同应用场合,分别采用带观测器的滑模变结构控制及基于随机预测模型的变结构广义预测控制进行了自动调平平台控制系统设计及自动调平特性闭环控制仿真对比研究。具体内容如下:◆基于分析传统调平平台调平特性前提下,提出采用四自由度并联机构（4-SPS（PS）型）及六自由度并联机构（Stewart平台）作为动、静基座车载雷达天线自动调平系统的支撑结构,并对机构的位姿、运动学、动力学特性等方面进行分析与研究,基于SimMechanics建立并联支撑机构实验仿真模型。采用线性状态反馈解耦方法实现静基座车载雷达天线自动调平平台Stewart型并联支撑机构多通道液压伺服系统解耦。分别对动、静基座并联支撑机构各支链驱动器受力、驱动器速度进行分析,为驱动器选型提供依据。分析了动、静基座车载雷达天线自动调平平台在开环控制条件下的调平性能。◆根据车载雷达天线自动调平系统高精度、高频带及快速响应等性能指标,本文采用电液位置伺服系统作为动/静基座车载雷达天线自动调平平台并联支撑结构的驱动装置。在深入分析电液位置伺服系统机理的基础上,建立了阀控非对称缸液压位置伺服系统的数学模型。对静基座车载雷达天线自动调平平台液压伺服系统的开环频率响应特性进行分析;对动基座车载雷达天线自动调平平台液压伺服系统的瞬态响应能力、频率响应带宽进行分析,并采用速度/加速度反馈校正方法拓宽动基座车载雷达天线自动调平平台液压伺服系统的带宽。◆在对静基座自动调平平台Stewart型并联支撑机构运动学反解及自动调平支撑机构单通道液压伺服系统特性研究与分析的基础上,提出采用滑模变结构控制方法对静基座车载雷达天线调平平台控制系统进行设计,并对控制系统的稳定性进行分析;为解决自动调平系统参数不确定性及抑制滑模变结构控制系统抖振现象,本文提出采用带观测器的滑模变结构控制方法对静基座车载雷达天线自动调平平台控制系统进行设计,从而有效地提高了自动调平平台调平性能,减小自动调平系统的稳态误差,有效抑制了滑模变结构控制系统的抖振现象。◆控制系统的响应频率和运行环境的随机性是影响动基座车载雷达天线自动调平性能的两个主要因素,控制系统的响应频率主要由外围设备（液压伺服系统的响应频率、电气系统等）、车速及所采取的控制策略所决定。实际工作过程中,液压伺服系统响应具有一定的频带,盲目提高液压伺服系统的响应频率和提高电气系统的灵敏性是不可取的。本文针对动基座车载雷达天线自动调平系统,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变结构控制相结合,确定车速、控制系统响应频率及随机路谱三者之间的相互联系,实现动基座自动调平平台机动实时调平。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 车载雷达天线自动调平的意义
• 1.2 车载雷达天线自动调平系统的研究现状
• 1.3 目前自动调平技术存在的问题
• 1.4 课题的提出
• 1.4.1 自动调平系统并联支撑机构的提出
• 1.4.2 并联支撑机构与传统调平支撑结构对比
• 1.5 并联机构研究与应用领域
• 1.5.1 并联机构的起源
• 1.5.2 并联机构应用领域
• 1.5.3 并联机构控制方法研究进展
• 1.6 论文主要研究内容及结构安排
• 本文的主要研究内容
• 论文的结构安排
• 2 动基座车载雷达天线自动调平系统并联支撑机构研究
• 2.1 4-SPS（PS）型并联支撑机构研究
• 2.1.1 螺旋与反螺旋理论
• 2.1.2 4-SPS（PS）型并联支撑机构运动特性分析
• 2.1.3 4-SPS（PS）型并联支撑机构位置正/反解
• 2.2 4-SPS（PS）型并联支撑机构运动学分析
• 2.2.1 4-SPS（PS）型并联支撑机构Jacobian矩阵分析
• 2.2.2 结构参数约束条件
• 2.3 4-SPS（PS）型并联支撑机构模型建立
• 2.3.1 实验参考模型建立
• 2.3.2 实验仿真模型建立
• 2.4 动基座车载雷达天线自动调平系统仿真
• 2.4.1 平台调平控制的理论运动规划
• 2.4.2 动基座车载雷达天线自动调平系统调平性能仿真研究
• 2.5 本章小结
• 3 静基座车载雷达天线自动调平系统并联支撑机构研究
• 3.1 Stewart型并联支撑机构运动学分析
• 3.1.1 Stewart型并联支撑机构构型及坐标系建立
• 3.1.2 Stewart型并联支撑机构位置正/反解
• 3.1.3 Stewart型并联支撑机构速度/加速度分析
• 3.2 Stewart型并联支撑机构动力学分析
• 3.2.1 基本概念简介
• 3.2.2 Stewart型并联支撑机构动力学模型
• 3.3 静基座车载雷达天线自动调平平台并联支撑机构模型
• 3.3.1 Stewart型并联支撑机构实验参考模型
• 3.3.2 Stewart型并联支撑机构实验仿真模型
• 3.4 静基座车载雷达天线调平平台开环调平特性仿真研究
• 3.4.1 支链动力学仿真研究
• 3.4.2 静基座调平平台调平性能仿真研究
• 3.5 本章小结
• 4 车载雷达天线自动调平平台液压伺服系统研究
• 4.1 液压伺服系统的数学描述
• 4.1.1 滑阀的流量方程
• 4.1.2 液压缸流量连续性方程
• 4.1.3 液压缸和负载的力平衡方程
• 4.1.4 四通阀非对称液压缸传递函数
• 4.2 多通道液压伺服系统解耦分析
• 4.2.1 滑阀的流量方程
• 4.2.2 车载雷达天线调平平台液压伺服系统解耦仿真研究
• 4.3 静基座车载雷达天线自动调平平台液压伺服系统分析
• 4.3.1 液压伺服系统开环频率特性
• 4.3.2 液压伺服系统闭环频率特性
• 4.3.3 静基座调平平台液压伺服系统开环频率特性分析
• 4.4 动基座车载雷达天线自动调平平台液压伺服系统分析
• 4.4.1 液压伺服系统瞬态响应
• 4.4.2 液压伺服系统加速度负反馈校正
• 4.4.3 液压伺服系统加速度和速度负反馈校正
• 4.4.4 动基座调平平台液压伺服系统性能分析
• 4.5 本章小结
• 5 静基座车载雷达天线自动调平平台控制系统研究
• 5.1 滑模变结构控制理论
• 5.1.1 滑动模态的存在和到达条件
• 5.1.2 等效控制及滑动模态方程
• 5.1.3 滑模变结构控制器设计方法
• 5.1.4 仿真研究
• 5.2 静基座车载雷达天线调平平台滑模变结构控制研究
• 5.2.1 静基座自动调平平台液压伺服系统模型
• 5.2.2 静基座车载雷达天线自动调平平台控制系统设计
• 5.2.3 控制系统稳定性分析
• 5.2.4 静基座车载雷达天线调平平台调平性能仿真研究
• 5.3 静基座车载雷达天线调平平台带观测器滑模变结构控制研究
• 5.3.1 状态观测器的结构及设计方法
• 5.3.2 静基座自动调平平台带状态观测器变结构控制器设计
• 5.3.3 基于状态观测器的静基座自动调平平台调平性能研究
• 5.4 本章小结
• 6 动基座车载雷达天线自动调平平台控制系统研究
• 6.1 广义预测控制的基本原理
• 6.1.1 广义预测方法
• 6.1.2 广义预测控制参数选择
• 6.2 路面不平度随机预测模型
• 6.3 变结构广义预测控制
• 6.3.1 具有极点配置的广义预测
• 6.3.2 变结构广义预测控制
• 6.4 动基座车载雷达天线自动调平平台调平性能分析
• 6.4.1 路面不平度随机模型建立
• 6.4.2 变结构广义预测控制系统
• 6.4.3 动基座车载雷达天线自动调平平台调平性能分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 7.1 全文总结
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集