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随着科技和国防事业的发展,迫切需要高性能的仿真模拟环境,为新型导弹、鱼雷等飞行器应用提供性能实验数据,为新技术的推广提供可靠的实验资料,正是由于国防、工业的需要推动了六自由度仿真平台的发展。本选题六自由度运动平台是一台用于某型武器综合检测的专用设备,在半实物仿真过程中,给参试设备提供以仿真的运动,用以模拟设备在飞行过程中的各种运动状态,使得在实验室条件下复现设备在空中飞行时所受的各种载荷,从而检测其整体系统的技术性能指标。它将传统的自破坏性全实物实验转化为实验室条件下的预测性研究,以达到缩短研制周期,节约研制经费,提高可靠性和成功率的目的。
六自由度运动平台是一个空间并联运动机构,是由六支伺服油缸,上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成,下平台固定在基础上,借助六只伺服油缸的伸缩运动,完成上平台沿X、Y、Z轴的平移及沿X、Y、Z轴的旋转共六个自由度的运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态,可广泛应用到各种训练模拟器中。
本文主要完成此项目中的上位机控制部分,使用LabWindows/CVI开发出一个用于控制六自由度运动平台的软件系统。本软件的研究与开发涉及到了Windows编程、上位机与运动控制器的实时通讯、RTX模块的使用、对PMAC的控制等方面技术。
本文分析了六自由度运动平台的特点,并与串联机构作了对比,分析了其优势;介绍了国内外发展概况,研究现状和应用状况。
本文对六自由度运动平台的进行了总体设计,系统采用主从分布式结构体系。以“IPC+PMAC运动控制器”为硬件平台,以Windows操作系统为软件平台,以LabWindows/CVI为开发工具编制控制系统的软件。其中工控机为主控计算机,采用DPRAM进行通讯,用以完成上平台位姿信号的给定、反解计算、系统管理,人机交互、数据管理及获取个液压缸的位置控制指令等任务,并对平台系统各部分的运作进行监控;PMAC为下位机,进行指令的执行处理,完成六液压缸位置的闭环控制,并将指令转换为模拟电平信号,经驱动电路放大后来控制电液伺服阀,伺服阀通过改变阀门的开口大小来控制液压回路的流量,进而控制液压缸动作。并根据此模式选择了适合的工控机、运动控制卡和其它相关配件。
本文对六自由度运动平台运动学进行了分析,主要针对平台位置反解和位置正解分析,应用齐次坐标变换矩阵建立了平台的运动学数学模型,推导出运动学反解方程,开发了反解的程序,分析了正解方法,并建立坐标系求解正解。
采用RTX嵌入Windows系统的方法实现实时控制,分析了实时操作系统的特点,研究了Windows在实时性方面的缺陷,并对比了4种提高Windows提高定时精度的方法,测试了RTX在实时性能方面的优势,确认本系统采用RTX实现实时性,分析了RTX的应用,研究了RTX的体系结构,及RTX API,介绍了RTX的主要函数,开发了本系统用RTX实现实时控制的方法。
研究了PMAC的使用方法,介绍了PMAC的功能及应用;分析了PMAC卡的内部变量及其使用范围,研究了PMAC卡的执行软件PEWIN32PRO及其特点,分析了PMAC卡的通讯驱动器Pcomm32PRO及主要的通讯函数,研究了动态链接库的使用方法;研究了PID控制原理,并分析了PMAC卡中PID控制原理;开发了控制参数设置方法,研究了坐标系的定义方法,并设计了本系统中定义坐标系的方法;开发了本系统的运动程序。
开发了六自由度运动平台的控制软件,完成了系统保护,系统运行向导功能,并开发了系统的主控界面;完成了系统自检的功能;完成了系统参数配置功能,配置程序参数及设备参数;完成了用户管理功能,管理用户实现修改密码,删除用户等功能;完成了数据处理功能,实现指令和反馈的误差分析,相频及幅频特性分析;完成了工作界面功能,实现姿态给定、曲线运动或远程控制三种模式下的运动,缸长,姿态实时显示功能。
最后,总结了本论文设计完成的内容及后续需要完善的部分。