Stewart平台的滑模变结构控制方法研究

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Stewart平台凭借多自由度、刚度大、承载能力强等优点,在应用上作为串联机构的互补,广泛应用于航空飞机、航天器、机器人等领域。本课题采用Stewart平台模拟导弹飞行器的弹性振动,可以实现三个线位移和三个角位移的六自由度运动模拟。导弹飞行器的弹性振动一般多为高频率小振幅的振动,因此平台的控制系统需要具备较强的跟踪能力。本文为提高Stewart平台的控制性能,对Stewart平台运动学、分散控制等方面展开研究工作。首先,将Stewart平台六个连杆支路独立成单独的控制通道,分析Stewart平台位姿运动的特性,根据音圈电机的工作原理,建立单通道控制系统的标称模型,并将拟合后的音圈电机动态特性非线性曲线加入标称模型中,完善被控对象的数学模型;同时,通过理论分析讨论平台基座的运动对音圈电机出力的影响。其次,针对音圈电机动态非线性特性以及高频工况下被控对象模型摄动等问题,开展基于自适应趋近律法的滑模控制方法研究,并通过仿真算例证明了该控制方法是有效的。再次,在外界干扰的作用下,控制系统输出抖振现象明显,导致指令信号的跟踪效果变差,针对这一问题,将模糊控制方法和自适应趋近律法滑模控制相结合,使得切换项系数能够根据干扰的幅值变化而变化,并通过仿真算例证明了该控制方法是有效的。最后,根据音圈电机的各项参数,应用MATLAB/SIMULINK搭建实际被控对象的双回路控制模型,分别进行电流环和位置环控制器的设计。其中,位置环控制器的设计先后采用传统的串联校正方法以及滑模变结构方法,通过仿真对比分析验证滑模变结构方法的优势。
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