Stewart平台动力学建模与仿真

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本文利用牛顿-欧拉法建立了Stewart平台动力学模型,所建立的动力学模型考虑了因扰动引起基台运动的情况。该动力学模型经过适当变化能涵盖Stewart平台主要应用的两个方面:运动平台与振动隔离平台。在建立了动力学模型后分别对该模型应用于运动平台和振动隔离平台进行了讨论并分别进行了仿真验证。  首先,利用牛顿-欧拉法对基台运动的Stewart平台进行动力学分析,得到了包含基台运动的动力学模型,整理成机器人领域常用的紧凑形式。在Matlab/Simulink环境下建立了Stewart平台动力学仿真系统,首先对忽略基台运动的情况进行了仿真并与文献对比,在考虑基台运动的情况下进行了仿真并与忽略基台运动的情况进行对比,两个仿真综合验证所建立动力学模型的正确性。  其次,对动力学模型应用在运动平台上进行了讨论。把动力学模型适当简化后经过分析得到了适用运动平台的动力学模型。因为在建立动力学模型时应用了假设sW?=,在此对该假设进行了理论推导与仿真验证,得出该0L假设对平台动力学模型的影响可以忽略不计。采用计算力矩算法控制六自由度的Stewart平台,最后对平台跟踪一条在任务空间给出的随时间变化的连续轨迹进行了仿真。  同时对动力学模型应用于振动隔离平台进行了讨论。通过改造支腿结构,适当变化前面的动力学模型得到了适合振动隔离平台应用的动力学模型。根据振动隔离平台特点给出了线性化必须满足的几个条件,然后经过分析并利用线性化条件将动力学模型线性化。由于得到的线性化动力学模型是耦合的,所以利用计算力矩控制算法将线性化后的动力学模型解耦。文中给出了对平台隔振效果的仿真验证。  最后,考虑到大多数情况下振动隔离平台干扰均为随机干扰与正弦的混合的情况,对随机干扰的情况进行了讨论,利用线性二次高斯最优理论设计了控制器。对随机与正弦扰动情况进行了对比,同时对两种控制器输出的控制力进行了比较,并给出了仿真。
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