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耦合型3自由度并联舰载稳定平台研究

作　者: 罗二娟
导　师: 牟德君
学　校: 燕山大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 舰载稳定平台耦合型并联机构运动特征运动学运动影响系数动力学 ADAMS仿真
分类号: U674.70
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

舰船在航行过程中,受海浪、海风、海流等海洋环境扰动因素的作用,会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡6自由度的运动,这种运动给舰载直升机起降安全、舰载武器发射精度等带来严重影响。舰载稳定平台用于隔离舰船运动,具有重大的战略意义。现有研究基本上都针对串联结构的稳定平台,本文根据舰船运动特征及其对直升机的影响程度,提出了一种具有耦合运动的新型并联舰载稳定平台机构,并对其自由度、运动特征、运动学、工作空间、动力学和三维仿真进行了分析和研究。首先,分析舰船耦合运动特征、舰船六个摇荡运动对直升机安全起降影响程度,在此基础上提出了一种新型的具有耦合运动的并联舰载稳定平台机构,计算了机构的自由度、分析了机构耦合运动特征、讨论了机构的输入合理性,并对冗余驱动输入组合的优劣性进行了分析。其次,提出了坐标等效运动的方法,给出了舰载稳定平台机构的位置正反解模型及基于波浪运动的数值算例,得到了机构在补偿舰船运动时的输入副的变化曲线;运用反解搜索法讨论了机构的工作空间,分析了机构参数对工作空间的影响并基于工作空间体积大小对其进行了优化;基于影响系数理论分析了平台速度、加速度,研究了平台基本运动和复合运动对应的输入速度、加速度,绘制了平台速度性能图谱。最后,运用拉格朗日方法建立舰载稳定平台机构的动力学模型,并基于能量最优原则对超确定输入力矩进行合理分配;运用ADAMS软件对舰载稳定平台机构进行实体建模和仿真,将仿真结果与理论值进行比较,验证机构位置反解、速度加速度反解分析的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 引言  11-12
  1.2 稳定平台的发展现状与趋势  12-19
    1.2.1 舰载稳定平台的发展  12-16
    1.2.2 舰载直升机助降装置的发展  16-19
  1.3 耦合型三自由度并联机构的发展及现状  19
  1.4 课题的来源及研究的必要性  19-20
  1.5 课题研究的意义  20-21
  1.6 本文的主要研究内容  21-22
第2章舰载稳定平台机构及运动特征  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 舰载稳定平台构型确定  22-25
    2.2.1 舰船耦合运动特征分析  22-24
    2.2.2 舰载稳定平台耦合运动特征分析  24-25
    2.2.3 舰载稳定平台建模  25
  2.3 舰载稳定平台机构分析  25-33
    2.3.1 舰载稳定平台机构自由度分析  25-28
    2.3.2 舰载稳定平台机构运动特征  28-29
    2.3.3 舰载稳定平台机构耦合运动  29
    2.3.4 舰载稳定平台机构输入研究  29-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章舰载稳定平台机构耦合运动学及工作空间分析  34-54
  3.1 引言  34
  3.2 舰载稳定平台耦合运动输入分析  34-40
    3.2.1 耦合运动约束方程及输入模型  34-37
    3.2.2 基于随机波浪的平台输入算例  37-40
  3.3 舰载稳定平台耦合运动输出  40-44
  3.4 舰载稳定平台工作空间分析  44-53
    3.4.1 工作空间约束条件  45-48
    3.4.2 位置搜索工作空间  48-49
    3.4.3 姿态搜索工作空间  49-50
    3.4.4 基于工作空间的稳定平台尺寸优化  50-53
  3.5 本章小结  53-54
第4章舰载稳定平台机构运动分析  54-71
  4.1 引言  54
  4.2 舰载稳定平台速度分析  54-58
    4.2.1 分支的一阶影响系数  55-56
    4.2.2 机构的一阶影响系数  56-57
    4.2.3 舰载稳定平台机构速度  57-58
  4.3 舰载稳定平台加速度分析  58-61
    4.3.1 分支的二阶影响系数  58
    4.3.2 机构的二阶影响系数  58-59
    4.3.3 机构加速度分析  59-61
  4.4 舰载稳定平台运动数值算例  61-66
    4.4.1 耦合型3-SRR/SRU 机构独立运动及算例  61-63
    4.4.2 机构复合运动算例  63-66
  4.5 舰载稳定平台运动性能分析  66-70
    4.5.1 运动学性能评价指标  66-67
    4.5.2 机构运动性能分析  67-70
  4.6 本章小结  70-71
第5章舰载稳定平台机构动力学分析  71-84
  5.1 引言  71
  5.2 舰载稳定平台动力学建模  71-83
    5.2.1 拉格朗日方程  71-72
    5.2.2 SRR/SRU 分支动力学  72-76
    5.2.3 平台广义力的计算  76-78
    5.2.4 正常驱动动力学算例  78-80
    5.2.5 超确定输入力矩合理分配  80-83
  5.3 本章小结  83-84
第6章基于ADAMS 的3-SRR/SRU 并联机构运动学仿真  84-92
  6.1 引言  84
  6.2 舰载稳定平台机构仿真模型的建立  84-85
    6.2.1 几何建模  84-85
    6.2.2 创建约束和驱动  85
  6.3 舰载稳定平台位置解及运动学验证  85-91
    6.3.1 舰载稳定平台位置反解验证  85-88
    6.3.2 舰载稳定平台速度、加速度反解验证  88-91
  6.4 本章小结  91-92
结论  92-94
附录 3-SRR/SRU 机构分支的 Hessian 矩阵  94-97
参考文献  97-101
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  101-102
致谢  102-103
作者简介  103

耦合型3自由度并联舰载稳定平台研究

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