申请/专利权人：中国人民解放军63921部队

申请日：2021-11-30

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN114185271B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04;B64G7/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.04.01#实质审查的生效;2022.03.15#公开

摘要：本发明涉及一种环形桁架三维随动系统的控制方法，其具体包括如下步骤：S1：以m根绳索具有n自由度索并联系统为研究对象建立坐标系；S2：建立系统广义力平衡模型；S3：计算索并联系统的广义力W：S4：通过判断m根索组成的拉力矢量T是否满足如下关系：Tmin≤T≤Tmax，确保各拉索不虚牵；S5：以张力最小方差minfT为目标对所建立的索系统广义力平衡模型进行优化；S6：计算索并联驱动系统力控工作空间；S7：建立索并联驱动系统随动控制方程；S8：建立水平快速随动系统控制模型；S9：设置拉力变化曲线，确定伺服电机工作在力矩模式，进行拉力闭环反馈控制。

主权项：1.一种环形桁架三维随动系统的控制方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：S1：以m根绳索具有n自由度索并联系统为研究对象建立坐标系，所述坐标系包括坐标系局部坐标系P-XYZ和全局固定坐标系O-XYZ；局部坐标系P-XYZ的坐标原点P位于快速随动圆盘几何对称中心，全局固定坐标系O-XYZ的坐标原点O在试场地面驱动系统的对称中心，坐标轴Z正向垂直向上；S2：根据第i根索张力方向的单位矢量、第i根索力作用点在快速随动圆盘局部坐标系中的位置矢径以及m根索组成的拉力矢量，建立系统广义力平衡模型；系统的广义力平衡方程为： 其中，ui＝uxuyuzT＝cosαcosβcosγT为第i根索张力方向的单位矢量，α,β,γ分别为张力与x,y,z轴的夹角，ri＝rxryrzT为第i根索力作用点在快速随动圆盘局部坐标系中的位置矢径，Ti为第i根索的拉力,m根索组成的拉力矢量T＝T1T2…TmT；J为与快速随动圆盘姿态和索张力方向相关的雅可比矩阵，W为索并联系统的广义力；F为惯性力，M为惯性力矩；S3：计算索并联系统的广义力W：索并联系统的广义力W可以依据牛顿-欧拉法建立索驱动系统的6自由度动力学模型得到，其中F和M的表达式如下所示； 其中m0为圆盘质量，为圆盘加速度，表示圆盘转动角速度，表示圆盘转动角加速度，Co表示圆盘质心在固定坐标系下的矢量，Io为圆盘在固定坐标系下的转动惯量；S4：通过判断m根索组成的拉力矢量T是否满足如下关系：Tmin≤T≤Tmax，确保各拉索不虚牵，转入S5；S5：以张力最小方差minfT为目标对所建立的索系统广义力平衡模型进行优化；S6:计算索并联驱动系统力控工作空间；S7：建立索并联驱动系统随动控制方程；确定随动平台在所处位置运动状态下各钢丝绳的张力大小，通过控制伺服电机位移与张力，可以实现索并联驱动系统随动控制；S8：建立水平快速随动系统控制模型，根据吊绳倾角，计算修正偏差位移，通过伺服电机带动伺服驱动机构驱动快速随动平台，使吊绳倾角保持与重力场一致；水平快速随动系统的两个运动坐标由控制器控制伺服驱动机构和伺服电机来完成；所述伺服驱动机构包括滚珠丝杠和螺母；伺服驱动机构的控制方程为： 式中，L是滚珠丝杠的导程，J0为转化到滚珠丝杠上的等效负载的转动惯量，J0＝J2+mL2π2，其中m为移动拖板的质量，J2为滚珠丝杠的转动惯量，C0为等效的转动阻尼系数，Pf为移动拖板对滚珠；其中移动拖板即为前述的拉力调节系统固定平台；丝杠的轴向作用力，Pf＝μmg+F，μ为导轨摩擦系数，F为移动拖板所受外力在滚珠丝杠轴向分力；K是等效的扭转刚度，对于滚珠丝杠两端固定安装方式，则等效的扭转刚度可计算为 其中K1是电机轴的扭转刚度，K2是滚珠丝杠的扭转刚度，K3为滚珠丝杠的拉压刚度；S9：设置拉力变化曲线，确定伺服电机工作在力矩模式，进行拉力闭环反馈控制；拉力调节系统直接跟随探测器上吊点的垂直运动，由运动控制器控制两套伺服驱动器和伺服电机来实现拉力的精确闭环控制；拉力调节系统直接跟随探测器上吊点的垂直运动，由运动控制器控制两套伺服驱动器和伺服电机来实现拉力的精确闭环控制，伺服电机工作在扭矩控制方式，拉力的精确测量直接由上吊点处的力传感器来完成；伺服电机工作在力矩模式，拉力调节控制系统包括电流反馈环节、滤波器、限幅环节、PARK坐标变换、脉宽调制和功率放大、电机以及电流环控制器；其中，电流反馈环节包含低通滤波器，用惯性环节来表示；PARK坐标变换、脉宽调制和功放为延迟环节，简化为惯性环节来描述，其传递函数可写为， 式中，Gief为电流反馈环节的传递函数、Kief为电流反馈环节的传递函数的放大系数、Tief为电流反馈环节的延迟时间，Gpwm为坐标变换、脉宽调制和功放等环节的传递函数、Kpwm为坐标变换、脉宽调制和功放等环节的放大系数、Tpwm为坐标变换、脉宽调制和功放等环节的、延迟时间；电流环控制器常采用PI控制器，传递函数为， 其中，Kp是电流调节器的比例系数，Ki为电流调节器的时间常数；得到电流环PI调节器参数为 其中，Kio为电流环开环增益，Tio为时间常数；Te为电机电气时间常数；满足Kio＝KiKiefKpwmRTio＝Tpwm+Tief将整定好的电流环高频环节做降阶近似处理，将闭环传递函数简化为

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权利要求：

百度查询： 中国人民解放军63921部队 一种环形桁架三维随动系统及其控制方法

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