六自由度运动模拟器路谱复现控制方法技术

技术编号:2998871 阅读:164 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供了一种可以有效地补偿由于六自由度运动模拟器频率特性对其运动复现精度的影响并能够拓展系统频宽和高精度路谱复现的简单可行的路谱复现控制方法。它包括以下计算机程序可以实现的步骤:设定参考信号步骤、运动学反解步骤、驱动器位置闭环控制步骤、运动学正解步骤和位置控制传递函数的离线辨识步骤,本发明专利技术在六自由度运动模拟器的输入端加入系统辨识和迭代控制单元,对系统传递函数进行辨识,实现输入信号进行的补偿控制提高系统的频宽,从而实现在六自由度运动模拟器上完成高精度路谱复现的目的。实践证明,在工作频率范围内这种方法可以使参考波形和响应波形的相似度大于95%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及六自由度运动模拟器控制领域,具体涉及一种六自由度运动模拟器路谱复现的控制方法。(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,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。但是由于系统频宽的限制,六自由度运动模拟器不能在其频宽范围内准确复现期望的路谱或波形,影响试验的效果。因此,必须采用新的控制方式和控制器完成高精度路谱复现,而目前还没有相应的技术可以实现此目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以有效地补偿由于六自由度运动模拟器频率特性对其运动复现精度的影响并能够拓展系统频宽和高精度路谱复现的简单可行的路谱复现控制方法。本专利技术的目的是这样实现的它包括以下计算机可以实现的步骤设定参考信号步骤,输入六自由度运动模拟器位姿控制参考信号,将参考信号乘以位姿控制模式传递函数G(s)的逆G-1(s)得到驱动信号,输出驱动信号送入运动学反解步骤;运动学反解步骤,将设定参考信号步骤送来的驱动信号,经运动学反解计算出六条运动模拟器伺服作动器组件的位置控制信号并输出至驱动器位置闭环控制步骤;驱动器位置闭环控制步骤,将运动学反解步骤送来的位置控制信号输出至六自由度运动模拟器作动器组件作为驱动信号运动模拟器运动;。运动学正解步骤,将六条运动模拟器伺服作动器组件送入的位置反馈信号进行正解计算,得到姿态数据,将姿态数据用于位置控制传递函数的离线辨识送给位置控制传递函数的离线辨识步骤;位置控制传递函数的离线辨识步骤,将设定参考信号步骤输出的驱动信号和运动学正解步骤的姿态数据送入系统辨识迭代单元对六自由度运动模拟器传递函数进行迭代计算和修正,得到修正后位姿控制模式的传递函数G(s)及它的逆G-1(s)输出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、所述的系统辨识迭代单元包括辨识单元和迭代单元,将输入的参考信号数据和经实时运动正解模块得到的位姿反馈数据送入辨识单元和迭代单元进行计算,求得位姿控制模式的传递函数G(s)及它的逆G-1(s);2、所述的辨识单元的计算步骤为,将白噪声或周期信号进行基于H1的MIMO FRF估计,如果直接得到传递函数则输出传递函数并结束程序,若果没有则根据输入的参考信号数据计算驱动信号,再进行H1的MIMO FRF估计,判断是否需要对传递函数求均值,若果需要则进行考虑相关性的FRF均值计算,如果不需要则直接输出;3、所述的迭代单元的计算步骤为,程序初始化后根据输入的六自由度运动模拟器的位姿控制参考信号数据,计算出能够在六自由度运动模拟器上实现的驱动信号,并对六自由度运动模拟器实现的目标信号即反馈的姿态信号进行采集,与给定信号作差值信号计算,判断是否继续迭代,如果需要迭代则产生新的目标信号重复作差值信号计算,否则停止迭代,程序结束;4、所述的白噪声为随机得到,周期信号用周期扫频信号得到。5、所述的输入六自由度运动模拟器的位姿控制参考信号数据包括目标时间历程数据。本专利技术的设计思想如下结合图2-3,图2是传统六自由度运动模拟器的控制模型,图3是加入系统辨识和迭代控制单元后的六自由度运动模拟器控制模型。从其控制模型上,可以清楚地看到,假如六自由度运动模拟器的位置控制模式的传递函数为G(s),显然传递函数G(s)≠1,因此运动试验台采用位姿控制模式时不可避免的存在幅值衰减和相位滞后,而且对不同频率的正弦信号的衰减和滞后是不同的。加入系统辨识和迭代控制单元后通过辨识运动试验台位姿控制时的传递函数G(s),然后把参考信号乘以位姿控制模式传函的逆G-1(s),得到新的激励信号激励系统,就能够提高系统的复现精度了。可见在路谱复现的关键过程是1、运用实时运动学正解或传感器获得试验台姿态偏差;2、利用辨识技术获得位姿控制模式的传函G(s)及它的逆G-1(s),然后修正给定信号,再激励系统。采用系统辨识和迭代控制单元后六自由度运动模拟器路谱复现结果如图4所示。本专利技术在六自由度运动模拟器的输入端加入系统辨识和迭代控制单元,对系统传递函数进行辨识,实现输入信号进行的补偿控制提高系统的频宽,从而实现在六自由度运动模拟器上完成高精度路谱复现的目的。实践证明,在工作频率范围内这种方法可以使参考波形和响应波形的相似度大于95%。本专利技术简单可靠,可以有效地补偿由于六自由度运动模拟器频率特性对其运动复现精度的影响并能够实现拓展系统频宽和高精度路谱复现的目的,同时拓展了六自由度运动模拟器应用领域和功能。附图说明图1是六自由度运动模拟器组成图2是传统六自由度运动模拟器控制模型;图3是加入系统辨识和迭代控制单元后六自由度运动模拟器控制模型;图4-5是采用系统辨识和迭代控制单元后路谱复现结果;图6是道路谱模拟试验振动控制原理图;图7是TWR流程图;图8是TWR系统辨识框图;图9是LMS时域波形复现(TWR)流程图;图10是振动驱动信号迭代流程图;图11是运动学反解流程图;图12是运动学正解流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明结合图1,六自由度运动模拟器包括液压缸,伺服阀,运动平台,上连接铰链、下连接铰链和相关液压管路系统。结合图3,本实施例包括以下计算机可以实现的步骤设定参考信号步骤,输入六自由度运动模拟器位姿控制参考信号,把参考信号乘以位姿控制模式传递函数G(s)的逆G-1(s)得到驱动信号,输出驱动信号送入运动学反解步骤;运动学反解步骤,将设定参考信号步骤送来的驱动信号,经运动学反解计算出六条运动模拟器伺服作动器组件的位置控制信号并输出至驱动器位置闭环控制步骤;驱动器位置闭环控制步骤,将运动学反解步骤送来的位置控制信号输出至六自由度运动模拟器作动器组件作为驱动信号运动模拟器运动;。运动学正解步骤,将六条运动模拟器伺服作动器组件送入的位置反馈信号进行正解计算,得到姿态数据,将姿态数据用于位置控制传递函数的离线辨识送给位置控制传递函数的离线辨识步骤;位置控制传递函数的离线辨识步骤,将设定参考信号步骤输出的驱动信号和运动学正解步骤的姿态数据送入系统辨识迭代单元对六自由度运动模拟器传递函数进行迭代计算和修正,得到修正后位姿控制模式的传递函数G(s)及它的逆G-1(s)输出给六自由度运动模拟器。结合图6,其中系统辨识迭代单元包括辨识单元和迭代单元,将输入的参考信号数据和经实时运动正解模块得到的位姿反馈数据送入辨识单元和迭代单元进行计算,求得位姿控制模式的传递函数G(s)及它的逆G-1(s)。结合图9,所述的辨识单元的计算步骤为,将白噪声或周期信号进行基于H1的MIMO FRF估计,如果直接得到传递函数则输出传递函数并结束程序,若果没有则根据输入的参考信号数据计算驱动信号,再进行H1的MIMO FRF估计,判断是否需要对传递函数求均值,若果需要则进行考虑相关性的FRF均值计算,如果不需要则直接输出;白噪声为随机得到,周期信号用周期扫频信号得到。结合图10,所述的迭代单元的计算步骤为,程序初始化后根据输入的六自由度运动模拟器的位姿控制参考信号数据,计算出能够在六自由度运动模拟器上实现的驱动信号,并对六自由度运动模拟器实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度运动模拟器路谱复现控制方法,其特征在于它包括以下计算机可以实现的步骤:设定参考信号步骤,输入六自由度运动模拟器位姿控制参考信号,将参考信号乘以位姿控制模式传递函数G(s)的逆G↑[-1](s)得到驱动信号,输出驱动信号送 入运动学反解步骤;运动学反解步骤,将设定参考信号步骤送来的驱动信号,经运动学反解计算出六条运动模拟器伺服作动器组件的位置控制信号并输出至驱动器位置闭环控制步骤;驱动器位置闭环控制步骤,将运动学反解步骤送来的位置控制信号输出至 六自由度运动模拟器作动器组件作为驱动信号运动模拟器运动;运动学正解步骤,将六条运动模拟器伺服作动器组件送入的位置反馈信号进行正解计算,得到姿态数据,将姿态数据用于位置控制传递函数的离线辨识送给位置控制传递函数的离线辨识步骤; 位置控制传递函数的离线辨识步骤,将设定参考信号步骤输出的驱动信号和运动学正解步骤的姿态数据送入系统辨识迭代单元对六自由度运动模拟器传递函数进行迭代计算和修正,得到修正后位姿控制模式的传递函数G(s)及它的逆G↑[-1](s)输出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路谱复现控制方法,其特征在于它包括以下计算机可以实现的步骤设定参考信号步骤,输入六自由度运动模拟器位姿控制参考信号,将参考信号乘以位姿控制模式传递函数G(s)的逆G-1(s)得到驱动信号,输出驱动信号送入运动学反解步骤;运动学反解步骤,将设定参考信号步骤送来的驱动信号,经运动学反解计算出六条运动模拟器伺服作动器组件的位置控制信号并输出至驱动器位置闭环控制步骤;驱动器位置闭环控制步骤,将运动学反解步骤送来的位置控制信号输出至六自由度运动模拟器作动器组件作为驱动信号运动模拟器运动;。运动学正解步骤,将六条运动模拟器伺服作动器组件送入的位置反馈信号进行正解计算,得到姿态数据,将姿态数据用于位置控制传递函数的离线辨识送给位置控制传递函数的离线辨识步骤;位置控制传递函数的离线辨识步骤,将设定参考信号步骤输出的驱动信号和运动学正解步骤的姿态数据送入系统辨识迭代单元对六自由度运动模拟器传递函数进行迭代计算和修正,得到修正后位姿控制模式的传递函数G(s)及它的逆G-1(s)输出给六自由度运动模拟器。2.根据权利要求1所述的六自由度运动模拟器路谱复现控制方法,其特征在于所述的系统辨识迭代单元包括辨识单元和迭代单元,将输入的参考信号数据和经实时运动正解模块得到的位姿反馈数据送入辨识...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩俊伟姜洪洲丛大成张辉叶正茂靳军何景峰黄其涛郑淑涛赵新通代小林关广丰
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]

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