【摘 要】
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由于舰船工作环境的特殊性,舰船是一个漂浮在水面的全自由度弹性体,舰船在海上会产生横摇、纵摇、艏摇、升沉、平荡等随机运动,装载在舰船上的各种设备会受到海上不同外部干扰力的作用,这些干扰力会引起舰载设备整体或局部振动,如果舰船舰载设备过度振动,会使舰载设备工作失常,以及损坏,导致使用寿命缩短;振动会引起舰载设备内弹性元器件发生变形,使这些具有触点的元件(电位器、波段开关等)产生接触不良或开路,舰载设备
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由于舰船工作环境的特殊性,舰船是一个漂浮在水面的全自由度弹性体,舰船在海上会产生横摇、纵摇、艏摇、升沉、平荡等随机运动,装载在舰船上的各种设备会受到海上不同外部干扰力的作用,这些干扰力会引起舰载设备整体或局部振动,如果舰船舰载设备过度振动,会使舰载设备工作失常,以及损坏,导致使用寿命缩短;振动会引起舰载设备内弹性元器件发生变形,使这些具有触点的元件(电位器、波段开关等)产生接触不良或开路,舰载设备内元器件固有频率与激振频率相同时,会发生共振现象,危害元器件的正常工作,进而影响整个舰载设备的正常工作。为确保舰船舰载设备工作的可靠性,需要设计一种可以主动隔振的机构,对舰载设备振动进行隔离,保证设备正常工作及稳定性。根据舰船运动特性,创新性设计出一种并联可重构隔振稳定平台,本文设计的并联可重构隔振稳定平台机构为4-CRS(CPS)/RPS结构,本机构可以实现3转动2平移运动,具有5个自由度,本机构可以实时响应舰船反馈的位姿信息,实现主动隔振,其工作特点具有极强的环境适应性及灵敏性,本论文主要研究内容和结果如下:1)采用了螺旋理论分析机构的自由度;对并联可重构隔振稳定平台进行位置正逆解、速度和加速度分析,建立速度雅克比矩阵,最后通过matlab验证位置逆解和位置正解得正确性;2)对并联可重构隔振稳定平台结构进行奇异性分析,Jr i与J?i同时奇异时,此时机构存在复合奇异位形,为了避免机构奇异的发生,本文对驱动进行优化,利用3移动加两圆柱副的方式避免了复合奇异的发生。其次对并联可重构隔振稳定平台进行工作空间分析,利用matlab搜索法求解工作空间,最后对并联可重构隔振稳定平台引起其位姿精度的因素和隔振评价指标进行了分析。3)利用Lagrange法,推导得出刚体动力学方程,并通过Matlab与ADAMS联合仿真,验证了所建立的并联可重构隔振稳定平台动力学方程的正确性。4)应用有限元法推导出了单元的弹性动力学方程。根据并联可重构隔振稳定平台两个约束条件:一是运动学约束条件,二是动力学约束条件,通过两个约束条件推导其运动学约束方程和动力学约束方程,并将支链的弹性动力学方程组装为并联可重构隔振稳定平台系统的弹性动力学方程,完成并联可重构隔振稳定平台的弹性动力学建模。对推导的弹性动力学方程采用Newmark法,得到X,Z方向上的位移、速度、加速度随时间变化的误差曲线。5)对并联机构进行刚度及阻尼建模,进一步对并联机构进行简谐激励和任意激励下机构的振动响应分析,最后以海浪理论为基础,建立了舰船在海上运动时的实时舰船位姿信号,并采用PID控制策略,采用分支闭环PID控制方法,利用并联可重构隔振稳定平台各支链做为一个输入和输出系统,其各支链相互配合达到设计期望的位姿。最后通过Adams与Simulink联合仿真,验证控制并联可重构隔振稳定平台效果。
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