[发明专利]一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统干扰力补偿方法

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干扰力补偿方法，所述的六自由度双电液振动台台阵模拟系统包括下平台、上平台、桥墩、桥板、十个阀控缸机构和三个反力墙。本发明通过采集10个阀控缸机构中液压缸两腔的压差信号和液压缸活塞杆的加速度信号，通过计算得到干扰力补偿信号。利用干扰力补偿信号调节阀控缸机构的驱动信号，进而达到提高台阵模拟系统控制精度的目的。应用本发明提出的干扰力补偿方法，可将横向自由度位置闭环传递函数幅频特性在8Hz附近20dB的波动减小到5dB以内，明显提高了台阵模拟系统的控制精度。

主权项

1.一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统干扰力补偿方法，所述的六自由度双电液振动台台阵模拟系统包括下平台(14)、上平台A(19)、上平台B(15)、桥墩A(18)、桥墩B(16)、桥板(17)、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(19)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(14)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(15)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(14)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(14)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(15)连接；所述的上平台A(19)通过桥墩A(18)和桥板(17)连接；所述的上平台B(15)通过桥墩B(16)和桥板(17)连接；其特征在于：所述的干扰力补偿方法，包括以下步骤：A、以桥板(17)的几何中心O为控制点，在控制点建立OXYZ坐标系；OX轴正方向由O点指向2号阀控缸机构(2)方向,且OX轴与1号阀控缸机构(1)及2号阀控缸机构(2)上铰点中心的连线垂直；OZ轴正方向垂直指向下平台(14)；OX、OY及OZ三个坐标轴的方向满足右手定则；台阵模拟系统有六个运动自由度，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轴平动的横向运动、沿OY轴平动的航向运动和沿OZ轴平动的升沉运动；给定期望的台阵模拟系统六自由度位姿指令信号为y_r，y_r是一个6×1的列向量：y_r＝[q₁ q₂ q₃ q₄ q₅ q₆]^T式中，上标“T”表示转置，q₁是横摇角，q₂是纵摇角，q₃为偏航角，q₄为沿OX轴的横向位移，q₅为沿OY轴的航向位移，q₆为沿OZ轴的升沉位移；用y_r减去台阵模拟系统位姿反馈信号y_f，y_f的初始值为[0 0 0 0 0 0]^T；将所得的偏差信号作为PID控制器的输入信号；PID控制器的输出信号为w，w是6×1列向量；将PID控制器的输出信号w右乘自由度分解矩阵H_f，得到信号x_o，x_o为10×1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活塞杆的位移信号d，d为10×1列向量；将位移信号d右乘合成矩阵控制H_c，得到台阵模拟系统位姿反馈信号y_f，y_f为6×1列向量；自由度合成矩阵H_c为6×10矩阵，计算公式为：H_c＝pinv(H_f)yf＝H_c·d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两腔的压差信号P_L，P_L为10×1列向量，经过冗余力协调模块，得到冗余力补偿信号x_f，x_f为10×1列向量；具体的计算公式为：式中，K_i为比例增益、i＝1～4，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；D为10×4矩阵，是满足下述方程组的一个非零解：H_cD＝0D、采集10个阀控缸机构中液压缸两腔的压差信号P_L和10个阀控缸机构中液压缸活塞杆的加速度信号a，a为10×1列向量；将P_L和a作为干扰力补偿模块的输入信号，计算干扰力补偿信号x_d，x_d为10×1的列向量；具体计算公式为：式中，K_jj为各阀控缸机构的补偿增益、j＝0～9，F_d为台阵模拟系统干扰力，为10×1列向量，G为补偿环节传递函数；D1、台阵模拟系统干扰力F_d的计算公式为：式中，M为上平台A(19)、上平台B(15)、桥墩A(18)、桥墩B(16)和桥板(17)在工作空间的集中质量矩阵；D2、补偿环节传递函数G的表达式为：式中，K_ce为阀控缸机构中伺服阀的总泄漏系数，V_t为阀控缸机构中液压缸两腔的总容积，β_e为油液等效体积弹性模数，s为拉普拉斯变换中的复变量，K_q为阀控缸机构中伺服阀的流量增益，f为转折频率；E、用干扰力补偿信号x_d减去冗余力补偿信号x_f，求得信号x₁，计算公式为x₁＝x_d‑x_fF、将信号x₀加上信号x₁，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。