船載穩定平臺運動學分析與仿真

付彥琨,吳恩啟,徐紫紅,應崢嶸

(上海理工大學 機械工程學院,上海　200093)

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船載穩定平臺運動學分析與仿真

付彥琨,吳恩啟,徐紫紅,應崢嶸

(上海理工大學 機械工程學院,上海200093)

摘要根據船舶航行特點,提出了一種船載框架式穩定平臺,以隔離海浪波動對船載儀器的影響。對穩定平臺進行運動學分析,建立了縱搖框架和驅動電機之間運動的數學模型,通過求解數學模型,確定出兩者之間最優運動線性關系;利用空間矩陣法推導出穩定平臺執行端邊界點的位置方程,得到穩定平臺的工作空間;對穩定平臺進行運動仿真,仿真結果驗證了穩定平臺設計的合理性和可靠性。

關鍵詞穩定平臺;位置方程;運動學分析;建模仿真

船舶在海洋中航行時,受到風浪的影響,會產生具有一定幅值與頻率的波動,使得船載設備和儀器產生不同程度的縱搖及橫搖運動,從而制約其工作性能,因此需要借助船載穩定平臺隔離這種擾動的影響[1-2]。常用的船載穩定平臺主要由執行端、基體和液壓驅動系統組成,是以Stewart平臺為基礎發展而來的[3],屬于多自由度并聯機構。多自由度并聯機構的高承載力和高動態性雖然能滿足使用要求,但在動力學和控制方面仍存在許多問題[4-6]。動力學方面,位置正解的復雜性會增加初期的計算量,從而使設計周期變長。控制方面,需解決的冗余驅動輸入引起的冗余力和運動耦合效應對機構工作精度的影響[7]。近年來,國內外對并聯機構的研究,集中在降低位置正解復雜性和研究提高機構工作性能的控制策略等方面,取得了一定進展,但主要針對六自由度并聯機構[8-10],對少自由度并聯機構研究處于發展階段。……