随着世界各国加大对无人机的研究和开发投入,与之配套的机载云台种类和市场随之不断扩大。目前,对云台的动力学研究方面涉及较少,本文根据所设计的大负载无人机二自由度云台为研究对象,对云台的模态、动力学、控制方法的研究,并且根据这些基础理论研究对云台进行动力学建模、仿真、实验和控制。(1)首先,论文根据大负载无人机二自由度云台的功能需求,确定了云台的主要技术指标和二自由度的结构形式,给出了机械结构设计的整体方案,并对其两大机构进行分析。利用ANSYS软件对云台进行模态分析,得到云台的固有频率以及振型图,通过对固有频率和振型图分析,得出云台在工作状态下的应力位移分布情况和位移频率分布情况。(2)其次,利用ADAMS软件根据运动要求对云台进行动力学仿真,对得到的两个关节处驱动力矩变化曲线分析,得到云台在工作时其驱动力矩的变化情况,并确定了云台在负载和空载对其关节驱动力矩的影响。进一步地,根据所设计的物理样机,模拟云台实际的负载,对云台进行动力学实验,实验验证台的动力学性能可以满足实际要求。(3)通过对三维空间连杆描述方法确定云台的D-H参数,按照连杆附加坐标系的法则来建立云台坐标系,得到云台的正运动学。根据云台的正运动学,利用拉格朗日法建立其动力学方程并进行求解,将求解结果与ADAMS仿真结果对比,验证所建立的动力学模型的正确性。并且根据得到云台的动力学方程推导出云台的关节力矩方程,构建基于力矩法的系统控制方法。(4)最后,以大负载无人机二自由度云台为例,基于力矩法的系统控制方法,在MATLAB中搭建该虚拟样机的控制系统,将ADAMS虚拟样机模型和在MATLAB中搭建该虚拟样机的控制系统联合起来,实现了云台的动态控制,并对控制模型的稳定性进行了分析。结果表明所搭建联合仿真系统具有良好的响应特性和轨迹跟踪特性,其控制系统模型具有良好的稳定性。