六自由度运动模拟器幅相控制方法技术

本发明专利技术提供了一种提高六自由度运动模拟器正弦信号跟踪精度的幅相控制技术。它包括以下计算机系统可以实现的步骤：设定位姿步骤，反解步骤，闭环控制步骤，正解步骤，位姿反馈步骤和输出步骤，本发明专利技术在六自由度运动模拟器的控制系统中加入幅相控制器，经过几次迭代计算后使系统输出的正弦信号能够准确地跟踪给定的正弦信号，实现在六自由度运动模拟器上完成高精度正弦波复现的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制领域，特别涉及一种能够提高六自由度运动模拟器正弦信号跟踪精度的幅相控制技术。(二)技术背景六自由度运动模拟器是一种用于环境试验模拟的大型机电设备，可以实现海况、路况和飞行姿态等多种条件下的环境仿真。六自由度运动模拟器主要包括液压缸，伺服阀，运动平台，上、下连接铰链和相关液压管路系统等部件，能够在液压能源系统和控制系统的驱动与控制作用下完成相应的运动。然而，在正弦波试验中由于系统频宽的限制，六自由度运动模拟器的输出存在幅值衰减和相位滞后，影响正弦波试验效果。因此，为了实现高精度正弦波复现的目的，必须采用新的控制方式和控制器对信号进行跟踪控制，而目前市场上还没有相应的方法可以有效解决问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够有效控制多路液压伺服系统协调动作、能够使系统输出的正弦信号准确地跟踪给定的正弦信号以实现在六自由度运动模拟器上完成高精度正弦波复现的目的的。本专利技术的目的是这样实现的它包括以下计算机系统可以实现的步骤设定位姿步骤，输入六自由度运动模拟器的设定位姿数据，通过幅相控制器模块对数据进行幅相控制，求得修正系数w0和w1，输出设定位姿数据送入反解步骤；反解步骤，将设定位姿步骤输出的设定位姿数据进行运动学反解，经运动学反解计算计算出缸长数据并输出缸长数据给闭环控制步骤；闭环控制步骤，将反解计算出的缸长数据经六自由度运动模拟器的驱动器位置闭环控制闭环输出缸长数据作为驱动器位置送给六自由度运动模拟器的液压缸伺服控制器；正解步骤，由六自由度运动模拟器送入实际缸长数据，将实际缸长数据进行实时运动正解解算六自由度运动模拟器的姿态信号，输出位姿数据给位姿反馈步骤；位姿反馈步骤，将正解步骤输出的位姿信号通过最小二乘算法修正设定位姿数据的幅值和相位，通过调整修正系数w0和w1调节器得到修正系数并修正设定位姿数据，将修正后的设定位姿数据送给输出步骤；输出步骤，将修正后的位姿数据进行运动学反解，解算出缸长控制信号输出给驱动器位置闭环控制闭环输出驱动信号给六自由度运动模拟器。本专利技术还有这样一些技术特征1、所述的幅相控制器模块包括相移控制器、w0和w1调节器，处理过程为将输入的设定位姿数据和经实时运动正解得到的位姿反馈信号进行比较，计算偏差，将误差送入同构的E神经网络控制器，输出网络误差并计算下一时刻的权值，将得到的权值与设定位姿数据和经相移控制器得到的位姿数据一起计算调整得到修正系数w0和w1值，输出修正系数w0和w1。本专利技术的设计思想如下从系统的正弦响应可以看出，对于频率为口的输入信号来说，输出信号与输入信号相比，相位滞后是一个固定的值，令输入信号为u＝Arsinωt则系统的输出表示为y＝Aysin(ωt-φ)因此，只要使输入信号获得一个相应的相位提前Φ，就可以消除系统的相位滞后，即令系统的输入信号变为u′＝Arsin(ωt+φ)＝ArW0sinωt+ArW1cosωt对于一个固定的Φ直，都有一对相对应的w0和w1值，对于采样系统来说，可以通过设计一个校正网络，网络的输入分别为指令信号正弦分量u和把该正弦分量相移90°产生的余弦分量，对于两个输入分别赋予一个权值，它们的和即是补偿后的输入信号u′。这就构成了一个线性神经网络，该网络的原理如图2所示。本专利技术提出了一种简单可行的幅相控制方法，它通过迅速地调整六自由度运动模拟器伺服控制系统的输入正弦信号的幅值与相位可以有效地补偿由于六自由度运动模拟器频率特性对正弦运动复现精度的影响，并提高六自由度运动模拟器正弦波复现精度。附图说明图1是六自由度运动模拟器组成图；图2是本专利技术幅相控制方法原理图；图3为位姿反解流程图；图4为位姿正解流程图；图5是没有幅相控制的正弦试验曲线；图6是具有幅相控制的正弦试验曲线；图7是具有幅相控制的六自由度运动模拟器流程图；图8为幅相控制器流程图。(五)具体实施方式下面结合附图和实施例进一步对本专利技术进行说明结合图1，六自由度运动模拟器包括液压缸、伺服阀、伺服作动器3、运动平台1、上铰组件2、下铰组件4和相关液压管路系统等组成，在液压能源系统和控制系统的驱动与控制作用下完成相应的运动。 结合图2，本实施例包括以下计算机系统可以实现的步骤设定位姿步骤，输入六自由度运动模拟器的设定位姿数据，通过幅相控制器模块对数据进行幅相控制，求得修正系数w0和w1，输出设定位姿数据送入反解步骤；反解步骤，将设定位姿步骤输出的设定位姿数据进行运动学反解，经运动学反解计算计算出缸长数据并输出缸长数据给闭环控制步骤；闭环控制步骤，将反解计算出的缸长数据经六自由度运动模拟器的驱动器位置闭环控制闭环输出缸长数据作为驱动器位置送给六自由度运动模拟器的液压缸伺服控制器；正解步骤，由六自由度运动模拟器送入实际缸长数据，将实际缸长数据进行实时运动正解解算六自由度运动模拟器的姿态信号，输出位姿数据给位姿反馈步骤；位姿反馈步骤，将正解步骤输出的位姿信号通过最小二乘算法修正设定位姿数据的幅值和相位，通过调整修正系数w0和w1调节器得到修正系数并修正设定位姿数据，将修正后的设定位姿数据送给输出步骤；输出步骤，将修正后的位姿数据进行运动学反解，解算出缸长控制信号输出给驱动器位置闭环控制闭环输出驱动信号给六自由度运动模拟器。 结合图3-4，运动学反解过程为输入六自由度运动模拟器的姿态数据求解缸长，包括欧拉角计算、齐次坐标变换、空间运动学计算3部分，输入的六自由度运动模拟器的姿态信号经过欧拉角计算构建齐次变换矩阵，再经过空间计算解得到液压缸的缸长信号；而运动学正解过程为输入实际的六个液压缸的位置数据，将数据输入铰点间距方程建立非线性方程组，再进行二次泰勒展开，展开后迭代求解六自由度运动模拟器转台的位置和姿态数据。 本实施例首先通过给定六自由度运动模拟器的姿态数据，经过校正控制后，输入六自由度运动模拟器的反解模块，反解后的缸长作为驱动器位置闭环的输出。实际缸长信息经实时运动正解模块解算六自由度运动模拟器的姿态信号，再通过最小二乘算法修正给定信号的幅值和相位，以此作为位姿控制环的输入去激励运动试验台。 可见在幅相控制技术中的关键过程是1、实时运动学正解，进而获得试验台姿态偏差；2、利用最小二乘算法，修正给定信号的幅值和相位，进而激励系统。 使用幅相控制前后，六自由度运动模拟器对正弦信号的跟踪情况如图5-6所示。 结合图7，幅相控制器模块包括相移控制器、w0和w1调节器。处理过程为将输入的设定位姿数据和经实时运动正解模块得到的位姿反馈信号进行比较，计算偏差，将误差送入同构的E神经网络控制器模块，输出网络误差并计算下一时刻的权值，将得到的权值与设定位姿数据和经相移控制器得到的位姿数据一起计算调整得到修正系数w0和w1值，输出修正系数。 因此，计算机系统根据正弦给定信号和经运动学位置正解得到的姿态反馈信号，计算偏差，经非线性最小二乘，经过同构的ADLINE神经网络后，此误差就在网络误差中体现出来，并计算下一时刻的权值，实施地调整计算得到修正系数w0和w1值，并产生新的驱动信号，经运动学反解和驱动器输出控制信号与伺服阀控液压缸系统相连接，驱动六自由度运动模拟器实现模拟运动，减小误差趋势的变化，直至误差消失。权值w0和w1也趋于稳定，并使设定信号与输出量达到一致，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度运动模拟器幅相控制方法，其特征在于它包括以下计算机可以实现的步骤：设定位姿步骤，输入六自由度运动模拟器的设定位姿数据，通过幅相控制器模块对数据进行幅相控制，求得修正系数ｗ↓［０］和ｗ↓［１］，输出设定位姿数据送入反解步骤 ；反解步骤，将设定位姿步骤输出的设定位姿数据进行运动学反解，经运动学反解计算计算出缸长数据并输出缸长数据给闭环控制步骤；闭环控制步骤，将反解计算出的缸长数据经六自由度运动模拟器的驱动器位置闭环控制闭环输出缸长数据作为驱动器位 置送给六自由度运动模拟器的液压缸伺服控制器；正解步骤，由六自由度运动模拟器送入实际缸长数据，将实际缸长数据进行实时运动正解解算六自由度运动模拟器的姿态信号，输出位姿数据给位姿反馈步骤；位姿反馈步骤，将正解步骤输出的位姿信号通 过最小二乘算法修正设定位姿数据的幅值和相位，通过调整修正系数ｗ↓［０］和ｗ↓［１］调节器得到修正系数并修正设定位姿数据，将修正后的设定位姿数据送给输出步骤；输出步骤，将修正后的位姿数据进行运动学反解，解算出缸长控制信号输出给驱动器位 置闭环控制闭环输出驱动信号给六自由度运动模拟器。...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度运动模拟器幅相控制方法，其特征在于它包括以下计算机可以实现的步骤设定位姿步骤，输入六自由度运动模拟器的设定位姿数据，通过幅相控制器模块对数据进行幅相控制，求得修正系数w0和w1，输出设定位姿数据送入反解步骤；反解步骤，将设定位姿步骤输出的设定位姿数据进行运动学反解，经运动学反解计算计算出缸长数据并输出缸长数据给闭环控制步骤；闭环控制步骤，将反解计算出的缸长数据经六自由度运动模拟器的驱动器位置闭环控制闭环输出缸长数据作为驱动器位置送给六自由度运动模拟器的液压缸伺服控制器；正解步骤，由六自由度运动模拟器送入实际缸长数据，将实际缸长数据进行实时运动正解解算六自由度运动模拟器的姿态信号，输出位姿数据给位姿反馈步骤；位姿反馈步骤，将正解步骤输出的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩俊伟，叶正茂，丛大成，姜洪洲，张辉，靳军，何景峰，黄其涛，郑淑涛，赵新通，关广丰，代小林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]