六自由度并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)設計與控制關鍵技術研究.pdf

1、六自由度并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)是海上補給的關鍵裝備，主要用于海上集裝箱堆垛和魚雷導彈裝填等需要精確定位的補給作業(yè)中，能夠控制貨物的位置和姿態(tài)，并且消除海浪引起的艦船運動對海上補給的影響。目前國內(nèi)外對六自由度并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)的研究比較少，相關技術還不成熟，尤其是并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)的設計和控制缺乏理論支撐。立足這一現(xiàn)狀，本文探索研究了并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)的設計與控制中的若干關鍵問題，研究成果可用于指導并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)的研制。
　　并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)

2、實際上是具有動基座的繩牽引并聯(lián)機構。在設計方面，本文從并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)的應用環(huán)境和功能要求出發(fā)，制定了繩牽引并聯(lián)機構的設計要求。在此基礎上，分別研究了力旋量可行工作空間求解、無奇異的繩牽引并聯(lián)機構設計以及動基座繩牽引并聯(lián)機構的抗擺和振動特性等問題。在控制方面，針對并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)控制面臨的參數(shù)不確定和未知干擾等問題，研究了滑模控制方法、負載慣性參數(shù)辨識方法以及張力分布優(yōu)化算法。
　　論文主要的研究內(nèi)容包括：
　　1）提出了基

3、于繩牽引并聯(lián)機構的六自由度波浪補償系統(tǒng)結構方案，分析了該方案的相對運動補償原理和擺動消除原理，在理論上證明了該方案能夠完全補償兩艦船之間的六自由度相對運動并且能夠消除貨物擺動。提出了繩牽引并聯(lián)機構的基本設計要求，為下文的研究奠定了基礎。
　　2）針對現(xiàn)有的繩牽引并聯(lián)機構工作空間求解方法的缺陷，提出了一種基于邊界搜索的力旋量可行工作空間求解方法。該方法利用高維空間投影來驗證單個位姿的力旋量可行條件，通過深度優(yōu)先搜索算法尋找工作空間邊

4、界，不僅能得到工作空間的直觀表達，而且顯著減小了計算量。在此基礎上，結合實例分析了力旋量可行工作空間與構型參數(shù)之間的關系，為構型參數(shù)的設計提供了依據(jù)。
　　3）分析了繩牽引并聯(lián)機構的奇異類型和特點，重點研究了構型奇異和位形奇異的消除方法。提出了一種奇異性驗證方法，通過區(qū)間估計和分支修剪算法來驗證指定的工作空間中是否存在奇異，為避免奇異位形開辟了新的路徑。
　　4）針對基座運動引起的擺動和振動，研究了消擺和抑振的方法。為了衡量

5、機構的抗擺能力，提出了抗擺工作空間的概念和初始繩間力優(yōu)化方法，分析了抗擺能力與構型參數(shù)間的關系，為提高機構的抗擺能力指明了方向，并通過縮比機構實驗驗證了這些結論。推導了繩牽引并聯(lián)機構振動方程，分析了固有頻率及其影響因素，研究了避免共振的方法。
　　5）并聯(lián)波浪補償系統(tǒng)控制面臨的主要問題是不確定參數(shù)和未知干擾。為了解決這些問題，提出了帶有邊界層的滑?？刂品椒ê拓撦d慣性參數(shù)辨識方法。針對具有冗余構型的繩牽引并聯(lián)機構，研究了基于交互投影