[发明专利]六自由度运动平台

说明书

技术领域

本发明涉及机械装置领域，具体涉及六自由度运动平台。

技术背景

六自由度运动平台的控制，目前通用的有两个分支：分别基于运动学和动力学，在基于动力学的控制方法中，六自由度运动平台的动力学模型精确度很重要。对实际系统建立准确的模型很困难，由此带来模型之间的误差，从而降低控制精度。基于运动学的控制策略，其思想实际上是对单一轴的运动进行控制，便于理解、可操作性强，而动力学模型不再重要。然而将六自由度运动平台应用于实际时，六个执行器之间存在较强的耦合作用，并且加载于每个执行器的作用力是不断变化的，六自由度运动平台的机械部分复杂，运动性能在很大程度上受制于其机械设计尺寸，并且相互之间具有耦合作用和干扰，大大增加了控制的难度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明六自由度运动平台性能，提高各执行器的轨迹跟踪精度，将自适应控制和滑模控制有效结合，为了实时补偿扰动，可充分利用力传感器来测量负载扰动作用的大小。针对一种小工作范围的六自由度运动平台，采用逆动力学控制方法，该方法以鲁棒控制为基础，并且不需要精确的动力学模型，计算效率大为提高。设定了相关性能指标来确保平台的运动性能稳定，同时设计了一种新型控制方法，该方法无需动力学模型，只需要选择对应的控制器参数，保证平台各次的运动性能指标，如最大超调量及调整时间、最大稳态误差值和最慢响应时间等，均能符合期望值。

本发明包括设置在底座上的六个电磁直线执行器，所述电磁直线执行器通过三自由度铰链与连杆的一段相连，连杆另一端通过二自由度铰链与上平台相连，上平台上设有位姿传感器，其特征在于所述电磁直线执行器均与一自抗扰控制器相连。

优选地，自抗扰控制器包括扩张状态观测器、跟踪微分器、非线性状态误差反馈器，自抗扰控制器的参数                                                ,，。

本发明提高各执行器的轨迹跟踪精度，将自适应控制和滑模控制有效结合，为了实时补偿扰动，可充分利用力传感器来测量负载扰动作用的大小，该方法无需动力学模型，只需要选择对应的控制器参数，保证平台各次的运动性能指标，如最大超调量及调整时间、最大稳态误差值和最慢响应时间等，均能符合期望值。

具体实施方式

 本发明包括设置在底座上的六个电磁直线执行器，所述电磁直线执行器通过三自由度铰链与连杆的一段相连，连杆另一端通过二自由度铰链与上平台相连，上平台上设有位姿传感器，其特征在于所述电磁直线执行器均与一自抗扰控制器相连，自抗扰控制器包括扩张状态观测器、跟踪微分器、非线性状态误差反馈器，本发明中自抗扰控制器的参数,，。

常规自抗扰控制器即ADRC，基于ADRC的轨迹跟踪控制在去除了参考加速度前馈环节，常规自抗扰控制器的参数值为：

，，，，。

目标轨迹的选择要考虑到实际系统的跟踪能力，目前常用的做法是选用正弦函数，由于其各阶导数均是连续变化的，与真实系统的变化情况相吻合，用来作为轨迹跟踪系统的目标量较为理想。为详细说明MADRC对控制精度的改善效果，将常规ADRC、MADRC以及PID+FF对正弦轨迹的跟踪性能、系统参数变化和外部扰动的抑制能力进行了对比研究。三种控制器的正弦轨迹跟踪误差对比，MADRC的轨迹跟踪精度最高，力的机理是采用状态观测器，而没有用到摩擦力模型。正是存在“先观测、后补偿”，由此带来了状态观测器作用的滞后。跟踪误差最大值在1um之内。实际系统中摩擦力较为复杂，尤其是速度方向发生改变时，如误差曲线中的脉冲所示。由于ADRC和MADRC补偿摩擦。

本发明提高各执行器的轨迹跟踪精度，将自适应控制和滑模控制有效结合，为了实时补偿扰动，可充分利用力传感器来测量负载扰动作用的大小，该方法无需动力学模型，只需要选择对应的控制器参数，保证平台各次的运动性能指标，如最大超调量及调整时间、最大稳态误差值和最慢响应时间等，均能符合期望值。