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EC 液壓與氣動 "BBF 年第 > 期 ! ! " ! ! " 度（ 、 、 、、 ）的運動，從而可以模擬出各種空間 時解算，然后將解算結果送到 個單缸控制器，經數(shù) 運動平臺，筆者認為，六自由度運動平臺是液壓及控制 壓力，實踐證明，這種方法是可行有效的。 參考文獻： 結論 ［ 在對壓裝機液壓系統(tǒng)的設計缺陷與故障現(xiàn)象進行 分析的基礎上，對壓裝機液壓系統(tǒng)進行了工業(yè)自動化 " I 萬方數(shù)據(jù) """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 大 型 數(shù)字 式 六 自 由 度 運 動 平 臺 的 開 發(fā) 楊世祥 ，楊 濤 ，徐悅桐 #$% &%’%()*+%,- ). -$% &/0/-1( 2/34 &56 2-%718- 9(1-.)8+ :1,0 2$/43/1,0 :1,0 #1) ;< :<%4-),0 （! = 北京億美博科技有限公司，北京菜戶營東街甲 >> 號鵬 潤 ? 文苑 @ 座 "ABC !BBBDE 電話：B!B）CFFF!ACC） 中圖分類號：#9"GF 文獻標識碼：@ 文章編號：!BBB4E>D> "BBF B>4BBEC4B"（ ） ! 概述 " 傳統(tǒng)的伺服液壓控制六自由度運動平臺 六自由度運動平臺，由于有極為廣闊的應用前景， 到目前為止，世界上所有國家和研制單位，大型平 近幾年，引起了國內外科研、院校廣泛的研究興趣。六 臺都無一例外地采用了液壓伺服控制系統(tǒng)。國內以幾 自由度運動平臺是由 C 只液壓缸，上、下各 C 只萬向鉸 所名牌大學的研究水平較高，其控制原理基本相同，六 鏈和上、下 " 個平臺組成。下平臺固定在基礎上，借助 自由度平臺單缸控制框圖如圖 ! 所示。 C 只液壓缸的伸縮運動，完成上平臺在空間 C 個自由 從圖中可看出，主控計算機是完成空間狀態(tài)的實 !" # 運動姿態(tài)，可廣泛應用到各種訓練模擬器，如飛行模擬 模轉換后送給伺服放大器、伺服閥、伺服缸推動平臺運 器、艦艇模擬器、海軍直升機起降模擬平臺、坦克模擬 動。伺服缸的位移和壓力通過 " 只傳感器并經模 H 數(shù) 器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器，以 轉換后送給計算機，完成閉環(huán)控制。該伺服系統(tǒng)最大 及動感電影、娛樂設備等領域，甚至可用到空間宇宙飛 的難點是傳遞環(huán)節(jié)多、控制過于復雜、調試困難、可靠 船的對接，空中加油機的加油對接中。在加工業(yè)可制 性差、伺服閥抗干擾、抗污染能力弱、故障率高，因而國 成六軸聯(lián)動機床、靈巧機器人等。由于六自由度運動 內盡管許多單位進行了研制，但大面積推廣的卻始終 平臺的研制涉及機械、液壓、電氣、控制、計算機、傳感 不多。 器，空間運動數(shù)學模型、實時信號傳輸處理、圖形顯示、 # 六自由度平臺控制的空間狀態(tài)解算 動態(tài)仿真等一系列高科技領域，因而六自由度運動平 （!）順解（順向解）：即己知 C 只液壓缸的長度，求 臺的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領 解平臺姿態(tài)，到目前為止，還沒有直接中的 正解方程 域中水平的標志性象征。國外某大型液壓公司的總部 式，只能采用疊代方法，利用計算機快速運算的特點和 大廳里，向客人展示水平的第一個標志就是六自由度 "BBF4BD4"E 技術領域的皇冠級產 品，掌握了它，在液壓和控 制領 作者簡介 ：楊世祥（!AF>—），男，重 慶人，教授級 高工，主要 從 域，基本上就沒有了難題。以下介紹它的開發(fā)過程。 事數(shù)字液壓技術的開發(fā)研究和推廣應用工作。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 開啟壓力；二是降低系統(tǒng)的 壓力并減小系統(tǒng) 的流量。 試中出現(xiàn)的問題和故障，通過系統(tǒng)與元件的原理分析， 由于充液閥的預卸荷閥很小，改造的余地不大，所以選 找出了發(fā)生故障的原因，并加以解決，實踐證明改造是 擇第二種方案。為了降低系統(tǒng)的壓力，在充液閥的控 很成功的。 制油路中安裝了一個節(jié)流閥，通過調整節(jié)流閥來降低 !AA>I 改造，降低了能耗并縮短了工作周期。而且，還針對調 除［K］I液壓與氣動，"BB" G（ ）I !::" 年第 ( 期 液壓與氣動 ’> """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 圖 平臺單缸控制方框圖 圖 $ 實際平臺 萬方數(shù)據(jù) ! 上鉸鏈的結構條件約束來逼近求解平臺姿態(tài)。此為順 解。 （!）反解（逆向解）：描述一個剛體在空間旋轉的 姿勢，最常使用的方法是定義 " 個歐拉角來表達，當剛 體旋轉至某一姿勢下，此 " 個歐拉角即組成唯一的旋 轉矩陣，并借由旋轉矩陣做坐標轉換，便可求得剛體的 絕對位置。 " 六自由度的速度協(xié)聯(lián)控制 當給定空間狀態(tài)后，可以分別算出 # 只缸的不同 長度，為了讓平臺上的液壓缸在同一時間運動到新的 位置，# 只缸的運動速度是不相同的，這個問題的解決 有兩種方法：一是采用標準的協(xié)聯(lián)控制器，該控制器需 將液壓缸的運動長度數(shù)值送入，控制器能按所要求的 時間，自動分配 # 只缸的運動速度，同時到達終點；第 二種方法是自己編制運動速度方程，采用長度的最小 公倍數(shù)方法分配速度，也可達到同樣目的。 # 六自由度平臺的全數(shù)字控制 為了攻克六自由度運動平臺的應用難關，北京億 美博科技有限公司采用了自行開發(fā)的性能先進、操作 可靠的新型數(shù)字液壓缸（已納入“十五”攻關和國家重 點新產品項目），作為 # 只控制缸。該數(shù)字缸取消了傳 統(tǒng)控制中的伺服閥、傳感器、$ % & 轉換和 & % $ 轉換等 諸多環(huán)節(jié)，它是將傳感器、數(shù)字閥等全部做到液壓缸內 部，形成自動位置反饋和速度反饋。數(shù)字缸可以直接 接受計算機發(fā)出的數(shù)字脈沖信號進行可靠的工作。脈 沖頻率代表數(shù)字缸運動速度，脈沖總數(shù)代表數(shù)字缸運 動行程，一一對應，將復雜的閉環(huán)控制變成了簡單的開 環(huán)控制。我們與某軍事院校合作，聯(lián)合開發(fā)了載重量 ’ 噸和 ( 噸的數(shù)字式六自由度運動平臺，它的控制框 圖和實際平臺圖照片見圖 )* 和圖 !。 比較圖 )+ 和圖 )* 可知，控制原理大大簡化，不但 系統(tǒng)響應速度加快，而且故障率也大為降低，可靠性得 ! ! 以提高。整個六自由度運動平臺無任何液壓控制元件 和傳感器，系統(tǒng)構成十分簡單。平臺運動的錄像可在 ,,,- +./.0.1- 12/ % 345 網站觀看。它的性能指標如表 ) 所示。 表 ! 性能指標 自由度 位移（聯(lián)合運動） 位移（單自由度） 速度 加速度 6 "7 8.9 6 ": 8.9 6 !: 8.9% 3 6 "7: 8.9 % 3 6 ’: 8.9 6 "7 8.9 6 !’ 8.9% 3 6 )’: 8.9 % 3 升降 6 :- #: / 6 : - #: / 6 : - ’: / % 3 ; ) - :! 橫向移動 6 : - 7 / 6 : - ’ / 6 : - "# / % 3 ; : - #! 縱向擺動 6 : - # / 6 : - ’ / 6 : - "# / % 3 ; : - #! % 數(shù)字液壓技術在其他領域的成功應用 數(shù)字液壓技術的出現(xiàn) 為液壓技術增 添了新的活 力，數(shù)字液壓缸與專門配套研制的數(shù)字控制器相配合， 幾乎取消了傳統(tǒng)液壓控制中的所有液壓閥件和控制元 件，它拋棄了傳統(tǒng)的閥口控制，而是直接采用數(shù)字脈沖 控制，把現(xiàn)場調試搬到了辦 公室，幾乎做 到了即裝即 用，已經成功地應用到冶金、機械、水電、國防軍工等一 系列疑難控制領域，其可控性能遠遠超過傳統(tǒng)的液壓 控制技術，成功應用的實例有：冶金領域中的鋼水連鑄 結晶器液面控制、結晶器液壓非正弦振動（均列入過國 家攻關項目），帶鋼厚度控制（微米級精度）；水電領域 中的水輪機調速控制；機械領域的大型無齒鋸多點速 度控制和位置控制；軍工領域的大型導彈裝彈機構的 多缸同步控制（任意多缸同步誤差可達 :<)= ）、軍艦 舵機控制、減搖稽控制；模擬器領域的六自由度平臺控 制等一系列疑難控制，均取得了十分理想的效果。 & 結論 用數(shù)字技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例技術和伺服技術，用 在六自由度平臺和其他許多系統(tǒng)上，都取得了很好的 結果，數(shù)字技術具有簡單、可靠、方便、實用等一系列優(yōu) 點，特別適合惡劣的工作環(huán)境。 ! 刊名： 大型數(shù)字式六自由度運動平臺的開發(fā) 作者： 楊世祥， 楊濤， 徐悅桐 作者單位： 北京億美博科技有限公司,北京菜戶營東街甲88號鵬潤-文苑B座2906,100054 液壓與氣動 英文刊名： CHINESE HYDRAULICS & PNEUMATICS 年，卷(期)： 2003(8) 被引用次數(shù)： 5次 本文讀者也讀過(7條) 1. 姜文剛.尚婕.李建華.鄧志良.汪電明.Jiang Wengang.Shang Jie.Li Jianhua.Deng Zhiliang.Wang Dianming 三自由 度動感電影系統(tǒng)研制[期刊論文]-電氣自動化2006,28(1) 2. 汪漢生 六自由度平臺設計及控制方法研究[學位論文]2008 3. 李峰 自行車仿真器中力反饋技術的研究與實現(xiàn)[學位論文]2007 4. 許世林 動感環(huán)幕電影控制系統(tǒng)研究與設計[學位論文]2004 5. 甘紅勝.殷躍紅.劉偉偉.印松 虛擬環(huán)境中六維動感平臺控制系統(tǒng)的設計[期刊論文]-機電工程2003,20(4) 6. 高峰 六自由度運動平臺伺服系統(tǒng)研究[學位論文]2004 7. 張代義 艦船運動模擬器技術研究[學位論文]2005 引證文獻(5條) 1.肖志權.邢繼峰.彭利坤.朱石堅 數(shù)字式6-DOF運動平臺運動不平穩(wěn)現(xiàn)象分析[期刊論文]-機床與液壓 2006(8) 2.袁鴻.盛英.蘇勛家.仇原鷹 電液伺服Stewart平臺激振系統(tǒng)仿真研究[期刊論文]-機床與液壓 2009(2) 3.林礪宗.潘大亨.傅招國.倪小鵬 基于ADAMS的六自由度液壓動感平臺建模及運動學仿真[期刊論文]-機床與液壓 2012(13) 4.楊啟志.莊佳奇.尹小琴.謝俊.朱小兵.訾鵬飛 一種三自由度全柔性并聯(lián)微動激振臺的設計[期刊論文]-機械設計與研究 2011(4) 5.郭宏偉 三自由度重型搖擺試驗臺的設計與研究[學位論文]碩士 2005 本文鏈接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yyyqd200308020.aspx