[发明专利]一种三自由度并联机构的姿态闭环反馈控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种三自由度并联机构的姿态闭环反馈控制方法和系统，属于三自由度并联机构控制领域。包括：S1.当检测到动平台实际姿态角与目标姿态角偏差超过预设阈值时，基于姿态角偏差计算动平台xyz各轴的当前转矩，根据动平台xyz各轴的当前转矩解算出各个电动推杆的出力；S2.将解算出的各个电动推杆的出力施加到对应电动推杆；S3.重复步骤S1‑S2，直至动平台实际姿态角与目标姿态角偏差未超过设定阈值。本发明通过动平台绕静平台定坐标系三个轴的转矩通过解耦矩阵解算到三个电动推杆的出力，避免了三个电动推杆的出力F₁、F₂、F₃的耦合对绕下平台定坐标系转动的三个角度的影响，从而实现高精度稳定控制。

技术领域

本发明属于三自由度并联机构控制领域，更具体地，涉及一种三自由度并联机构的姿态闭环反馈控制方法和系统。

背景技术

舰船三自由度并联机构早期出现主要由于战争的需要，至今已应用于卫星通信、舰载武器、海上舰载机以及直升机降落、海上科学考察以及资源勘探和海上人员输送及救援等领域。稳定平台功能实现一般为以下过程，首先采集舰船的位姿信号，通过预测算法根据前一段时间的位姿信号对下一阶段的舰船位姿进行预测，然后实时预测的位姿信号进行舰船运动补偿，达到隔离舰船的摇荡运动的效果，为工作对象提供一个相对惯性系稳定的工作环境。目前应用较为广泛的海洋探索领域的舰船稳定设备包括舰船辅助降落、舰船载武器稳定系统以及海上人员输送稳定平台等。

三自由度并联机构运动系统控制方法的优劣，将会对三自由度运动系统的特性产生很大影响，关系到能否充分发挥和挖掘其性能潜力，因此三自由度运动系统控制策略的研究是一项重要工作。基于并联机构的三自由度运动系统在各自由度的特性存在很大差异，而且各自由度之间存在很强的耦合作用。它的这些特性主要是由并联机构的结构复杂性和动力学的高度非线性引起的。目前，基于运动学反解的姿态闭环和位置闭环的控制算法对于高精度的并联机构运动控制领域响应不够快，控制参数难以调节，很难满足要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种三自由度并联机构的姿态闭环反馈控制方法和系统，其目的在于以动平台(上平台)姿态作为反馈，三个电推杆作为驱动力的高精度闭环控制算法，力学解耦的方法消除各轴姿态角之间的耦合，具有工作稳定，响应过程快，稳态误差小的优势，满足高精度控制领域的技术需求。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种三自由度并联机构的姿态闭环反馈控制方法，所述三自由度并联机构的动平台和静平台之间通过三个电动推杆连接，用于实现横滚角、俯仰角和偏航角三个姿态运动，该方法包括以下步骤：

S1.当检测到动平台实际姿态角与目标姿态角偏差超过预设阈值时，基于姿态角偏差计算动平台xyz各轴的当前转矩，根据动平台xyz各轴的当前转矩解算出各个电动推杆的出力；

S2.将解算出的各个电动推杆的出力施加到对应电动推杆；

S3.重复步骤S1-S2，直至动平台实际姿态角与目标姿态角偏差未超过设定阈值。

优选地，所述根据动平台xyz各轴的当前转矩解算出各个电动推杆的出力，包括以下步骤：

(1)根据动平台动坐标系下转换到静平台定坐标系下后动平台各电动推杆连接点坐标、静平台定坐标系下各电动推杆的推力单位力向量坐标、动平台中心点与静平台中心点的距离，确定第一电动推杆三轴方向的等效力臂k₁、k₄、k₇、第二电动推杆三轴方向的等效力臂k₂、k₅、k₈、第二电动推杆三轴方向的等效力臂k₃、k₆、k₉；

(2)通过动平台xyz各轴的当前转矩和上述等效力臂，解算出各个电动推杆的出力。

优选地，步骤(1)中，各等效力臂计算公式如下：