[发明专利]一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的位姿控制方法

摘要

本发明公开了一种六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；得到10个阀控缸机构的冗余力s；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，利用自由度分解矩阵求取冗余力补偿信号，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，能够满足台阵模拟系统的实验要求。

主权项

1.一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的位姿控制方法，所述的六自由度双电液振动台台阵模拟系统包括下平台(19)、上平台A(17)、上平台B(18)、桥墩A(14)、桥墩B(15)、桥板(16)、三个水平向阀控缸机构、七个垂直向阀控缸机构和三个反力墙，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)，所述的七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)、4号阀控缸机构(4)、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)的上端分别通过各自的虎克铰与上平台A(17)连接；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；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)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、以桥板(16)的几何中心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2号阀控缸机构(2)上端虎克铰铰点中心与10号阀控缸机构(10)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；六自由度双电液振动台台阵模拟系统有六个自由度，分别是绕OX轴转动的横摇运动、绕OY轴转动的纵摇运动、绕OZ轴转动的偏航运动、沿OX轴的平动、沿OY轴的平动、沿OZ轴的平动；给定期望的台阵模拟系统六自由度位姿指令信号为y_o，y_o是一个6×1的列向量，如下式：y_o＝(Rx Ry Rz Dx Dy Dz)^T式中，上标“T”表示矩阵转置，Rx是横摇角，Ry是纵摇角，Rz为偏航角，Dx为沿OX轴的位移，Dy为沿OY轴的位移，Dz为沿OZ的位移；设y_f的初始值为(0 0 0 0 0 0)^T，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6×1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10×1列向量，w是6×1列向量，计算公式为：x_o＝H_fw式中，H_f为10×6矩阵：式中，d1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；d2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OX轴上的投影长度；d3为控制点O与2号阀控缸机构(2)上端的虎克铰铰点中心A2的连线在OY轴上的投影长度；d4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；d5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；d6为控制点O与6号阀控缸机构(6)内端的虎克铰铰点中心A6的连线在OY轴上的投影长度；d7为控制点O与7号阀控缸机构(7)内端的虎克铰铰点中心A7的连线在OY轴上的投影长度；d8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OY轴上的投影长度；d9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；d10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；B、采集10个阀控缸机构中液压缸的位移信号d，d是10×1列向量，并将信号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；自由度合成矩阵H_c是6×10矩阵，台阵模拟系统反馈的位姿信号y_f是6×1列向量，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，f为10×1列向量，经过冗余力计算模块，得到10个阀控缸机构的冗余力s，s是10×1列向量，s的计算公式为：式中，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；上标“T”表示矩阵转置；将s作为PID控制器的输入信号，PID控制器的输出信号即为冗余力补偿信号x_f；D、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，驱动六自由度双电液振动台台阵模拟系统运动。