[发明专利]一种两自由度双电液振动台台阵模拟系统的位姿控制方法

摘要

本发明公开了一种两自由度双电液振动台台阵模拟系统的位姿控制方法，包括以下步骤：得到PI控制器的输入信号和输出信号；得到台阵模拟系统反馈的位姿信号yf；计算冗余力补偿信号xf；得到PID控制器的输入信号和输出信号；驱动台阵模拟系统运动。本发明通过采集10个阀控缸机构中液压缸的压差信号，计算出冗余力补偿信号，利用冗余力补偿信号调节阀控缸机构的驱动信号，使各阀控缸机构中的冗余力减小到额定供油压力的15％以内。本发明在CPU为Intel PD 2.6G、内存为1G的Advantech工控机IPC‑610上测试，算法的运行周期小于1ms，能够满足台阵振动模拟系统的实验要求。

主权项

1.一种两自由度双电液振动台台阵模拟系统的位姿控制方法，所述的两自由度双电液振动台台阵模拟系统包括下平台(19)、六自由度振动台、两自由度振动台、桥墩A(14)、桥墩B(15)和桥板(16)；所述的六自由度振动台包括三个水平向阀控缸机构、三个垂直向阀控缸机构、上平台B(18)和三个反力墙，所述的三个水平向阀控缸机构分别为5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)，所述的三个垂直向阀控缸机构分别为8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)，所述的三个反力墙为1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)，所述的5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)的外端分别通过各自的虎克铰与1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)连接，所述的1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)的下端均固定在下平台(19)上；所述的5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)的内端分别通过各自的虎克铰与上平台B(18)连接；所述的8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)的下端分别通过各自的虎克铰与下平台(19)连接；所述的8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)的上端分别通过各自的虎克铰与上平台B(18)连接；所述的两自由度振动台包括四个垂直向阀控缸机构、上平台A(17)、大虎克铰(21)和支座(20)，所述的四个垂直向阀控缸机构分别为1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)和4号阀控缸机构(4)，所述的1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)和4号阀控缸机构(4)的下端分别通过各自的虎克铰与下平台(19)连接、上端分别通过各自的虎克铰与上平台A(17)连接；所述的大虎克铰(21)的上端与上平台A(17)连接、下端与支座(20)连接，所述的支座(20)固定在下平台(19)上；所述的上平台A(17)通过桥墩A(14)和桥板(16)连接；所述的上平台B(18)通过桥墩B(15)和桥板(16)连接；其特征在于：所述的位姿控制方法，包括以下步骤：A、以两自由度振动台的大虎克铰(21)中心O为控制点，在控制点建立O‑XYZ坐标系；OX轴正方向由O点指向1号阀控缸机构(1)上端虎克铰铰点中心与2号阀控缸机构(2)上端虎克铰铰点中心的连线的中点，且与该连线垂直；OZ轴正方向由O点垂直指向下平台(19)，OX、OY和OZ三个坐标轴的方向满足右手定则；两自由度双电液振动台台阵模拟系统有两个自由度，分别是绕OX轴转动的横摇运动和绕OY轴转动的纵摇运动；给定台阵模拟系统两自由度位姿指令信号为y_o，y_o是一个2×1的列向量，即：y_o＝(Rx Ry)^T式中，上标“T”表示转置，Rx是横摇角度，Ry是纵摇角度；给定y_f的初始值为(0 0)^T，用y_o减去台阵模拟系统反馈的位姿信号y_f，将所得的偏差信号作为PI控制器的输入信号；PI控制器的输出信号为w，w是一个2×1的列向量；将信号w右乘自由度分解矩阵H_f，输出信号即为x_o，x_o是一个10×1的列向量，计算公式为：x_o＝H_fw式中，H_f为10×2的矩阵：式中，d1为控制点O与5号阀控缸机构(5)内端的虎克铰铰点中心A5的连线在OZ轴上的投影长度；d2为控制点O与3号阀控缸机构(3)上端的虎克铰铰点中心A3的连线在OX轴上的投影长度；d3为控制点O与1号阀控缸机构(1)上端的虎克铰铰点中心A1连线在OX轴上的投影长度；d4为控制点O与1号阀控缸机构(1)上端的虎克铰铰点中心A1的连线在OY轴上的投影长度；d5为控制点O与9号阀控缸机构(9)上端的虎克铰铰点中心A9的连线在OY轴上的投影长度；d6为控制点O与10号阀控缸机构(10)上端的虎克铰铰点中心A10的连线在OY轴上的投影长度；d7为控制点O与8号阀控缸机构(8)上端的虎克铰铰点中心A8的连线在OX轴上的投影长度；B、采集10个阀控缸机构中液压缸的位移信号d，d为10×1的列向量；将位移信号d右乘自由度合成矩阵H_c，得到台阵模拟系统反馈的位姿信号y_f，y_f为2×1的列向量；自由度合成矩阵H_c为2×10的矩阵，计算公式为：H_c＝pinv(H_f)y_f＝H_cd式中，pinv(H_f)表示求取矩阵H_f的Moore‑Penrose伪逆；C、采集10个阀控缸机构中液压缸的压差信号f，计算冗余力补偿信号x_f，具体包括以下步骤：C1、D为冗余力分解矩阵，是10×8的矩阵，它们满足如下表达式：H_cD＝0选取满足上述方程组的一个解作为矩阵D；C2、冗余力合成矩阵Q为8×10的矩阵，它的计算公式如下：Q＝D^T式中上标“T”表示矩阵转置；C3、计算信号r：r＝Q A_efr为8×1的列向量，A_e为阀控缸机构中液压缸活塞与活塞杆之间的环形有效面积；C4、将r作为PID控制器的输入信号；将信号r经过PID控制器,得到输出信号s；C5、计算冗余力补偿信号x_f，x_f为10×1的列向量：x_f＝DsD、将信号x₀减去信号x_f，所得结果作为10个阀控缸机构的驱动信号，输入到10个阀控缸机构中，驱动台阵模拟系统运动。