舰船载六自由度稳定平台动力学建模和控制策略研究

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在海上执行人员救援或人员转移任务时,由于风浪等因素影响,舰船会产生不利于人员转移的多维摇荡运动,这给舰船在海上执行此类任务带来了危险和挑战。舰船载稳定平台生成舰船多维摇荡运动的补偿运动,使得稳定平台的末端相对于大地坐标系保持相对稳定,从而保证人员转移过程安全且高效。本课题围绕舰船载稳定系统的并联稳定平台部分,开展动力学模型和控制策略方面的研究。首先,在分析舰船载稳定平台工作过程和原理的基础上,建立了惯性系下和非惯性系下舰船载稳定平台的运动学反解模型,为动力学建模奠定基础。其次,以数值微分方法简化了舰船载稳定平台运动构件惯性力/力矩的求解步骤,提出一种基于数值微分的动力学模型简化方法,在一定程度上提高了平台惯性系和非惯性系下的动力学模型计算效率;在基于虚功原理建立舰船载稳定平台动力学方程基础上,对其求解过程进行简化;以提高数值微分方法的微分精度和计算效率为目标,基于拉格朗日插值法推导了一种一、二阶数值高精度微分公式,并对其误差进行了验证;以Adams为工具对舰船载稳定平台在惯性系下和非惯性系下的动力学模型分别进行有效性和可行性验证;基于舰船载稳定平台的运动学和动力学模型和数值微分公式,以MATLAB为工具开发了舰船载稳定平台在惯性系下和非惯性系下的动力学参数化分析、运动学参数化分析以及基于蒙特卡洛方法的工作空间参数化分析系统。最后,为实现舰船载稳定平台高精度和高响应速度的实时控制,在驱动关节位置/速度级联控制的基础上,提出了速度前馈、加速度前馈以及基于操作空间动力学模型的前馈控制相结合的舰船载稳定平台复合控制理论。在此基础上,借助MATLAB中的link模块搭建虚拟样,进一步完成了在Simulink环境对虚拟样机的控制仿真验证。
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