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三轴摇摆台动力学仿真与复合控制研究

崔栋良  
【摘要】: 三轴摇摆台是模拟船舶横摇、纵摇和艏摇运动的实验设备,它为导航设备的研制提供运动模拟和精度测试条件,其性能直接影响试验准确度。所以,开发和研制高性能的摇摆台设备,将具有重要意义。 本文以为某单位研制的船舶运动模拟摇摆台为背景,对三轴摇摆台机电系统进行了如下研究:首先,根据三轴摇摆台系统的性能指标,对摇摆台系统的机械结构和控制方案进行了设计,主要包括摇摆台虚拟样机的建模和结构分析,伺服控制系统组成元件的选型,并对三轴摇摆台的精度进行了分析。其次,由于三轴摇摆台的结构特点,摇摆台三个框架间的动力学耦合是影响摇摆台性能的一个重要因素,因此,对动力学耦合问题进行了深入的理论研究,建立了动力学耦合数学模型。并在理论分析的基础上,通过动力学仿真对三个框架间耦合影响的程度进行了研究。为了抑制耦合干扰对摇摆台系统性能的影响,根据系统鲁棒性补偿的思想,提出了动态解耦鲁棒补偿控制器的设计方法。最后,为提高三轴摇摆台伺服控制系统的性能,以位置-速度-电流反馈三环控制为基础,引入了动态解耦鲁棒补偿控制器环节和输入信号的微分前馈环节,组成复合控制系统。通过机电联合仿真的方法,对位置-速度-电流反馈三环控制策略和复合控制策略的控制性能进行了仿真研究;同时,对采用复合控制策略的实际三轴摇摆台系统进行了试验。 通过对仿真数据和试验数据的对比分析,三轴摇摆台复合控制策略能够更有效地抑制耦合干扰的影响,拓宽系统的频带,增强系统的稳定性,系统的动态跟踪性能和稳态性能得到提高,证明了动态解耦鲁棒补偿控制器和复合控制策略的可行性。


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