《飛行模擬機六自由度運動系統解耦控制研究》是依託哈爾濱工業大學，由姜洪洲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：飛行模擬機六自由度運動系統解耦控制研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姜洪洲
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了滿足高級別飛行模擬機對高逼真度動感模擬系統的需求，必須就如何提高六自由度運動系統頻寬、減小耦合等問題展開深入研究。液壓驅動六自由度運動系統具有六階數值不同甚至相差很大的液壓固有頻率，傳統的單系統控制器由於忽略了各執行機構間的耦合作用，即使採用動壓反饋校正技術，系統頻寬也仍然受到最低液壓固有頻率限制，而很難得到提高。本方案試圖提出一種新型的解耦控制方法，即在傳統關節空間控制器的基礎上，把控制誤差、控制器參數以及反饋量都轉換到解耦的模態空間中去，並結合動壓反饋技術來構造控制策略。期望採用模態空間控制器之後，各自由度頻寬可以達到或接近各階液壓固有頻率，從而使系統頻寬得以提高。本方案將從液壓驅動六自由度並在線上構的耦合機理、模態空間解耦控制設計、解耦控制器性能評價等方面展開研究。該控制器具有結構簡單靈活、性能出色等特點。套用該方法，極有可能開發出高逼真度的飛行模擬機動感模擬系統。
結題摘要
為了滿足高性能飛行模擬機對高逼真度動感模擬系統的迫切需求，本項目以提高液壓驅動六自由度運動系統頻寬、減小自由度間動力學耦合為研究目標，從設計與控制入手，就六自由度並在線上構耦合特性分析、動態各向同性設計、模態空間控制等基礎理論及關鍵技術展開研究。在設計方面，提出了基於頻率特性的動態各向同性設計方法，使設計者在設計階段就能夠充分考慮結構參數、質量特性、阻尼特性對系統動態特性的影響，從而為解耦控制的設計留下了充足的發揮空間。針對廣義Gough-Stewart六自由度並在線上構，假設其為粘性比例阻尼系統，提出了動態耦合特性和基於頻率特性的動態各向同性的評價指標；發現了關節空間逆質量陣的解析表達式，揭示了慣性參數對耦合特性的影響。針對標準六自由度並在線上構，發現其關節空間逆質量陣中位時具有中心對稱特性，並利用該特性得到了其特徵值與特徵向量關於結構參數的解析表達式，進而發現了標準並在線上構解耦中心公式；針對旋轉、平移、完全、組合等動態各向同性條件，提出了動態各向同性的設計方法；發現了用圓柱單葉雙曲面描述標準六自由度並在線上構的新定義，該定義對標準並在線上構的系統分類、無量綱設計提供了理論支持；考慮被動關節粘性阻尼的影響，提出了一種通過調整並在線上構結構參數使得非粘性比例系統轉化為近似粘性比例阻尼系統的設計方法，從而大幅提高了模態空間控制的適用範圍。針對多環旋轉對稱並在線上構，提出了基於複合圓柱單葉雙曲面的新定義；基於該定義，系統地發現了滿足完全動態各向同性的並在線上構。動態各向同性設計方法還可推廣套用到冗餘驅動振動台、六維力感測器等方面。在控制方面，提出了基於動壓反饋的模態空間控制方法，即在傳統關節空間控制器的基礎上，把控制量、反饋量以及控制器參數從關節空間映射到解耦的模態空間中去，並結合動壓反饋技術，使得自由度頻寬可以獨立調整達到或接近各階模態液壓固有頻率；提出了一種新的慣性參數辨識方法，可以消除被動關節粘性阻尼和乾摩擦導致的自由度相位差對慣性參數辨識的影響；發現了標準六自由度並在線上構中位時模態變換陣的解析表達式，並提出了一種基於中位的模態空間控制的解析設計方法；針對現有模態參數求解算法在處理姿態變化時產生的“模態躍遷”現象，提出了一種基於模態參數連續性的疊代求解算法，從而使得基於全局工作空間的模態空間控制器的實現成為可能；另外，還在動力學模型計算效率、高逼真度動感模擬方面展開了深入研究。
