【正文】 0 度，所以說并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一般是沒有靈活工作空間的。一般來說，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的工作空間都比較小?？蛇_(dá)空間邊界的判斷依據(jù)包括：運(yùn)動(dòng)桿件位移的上下限制、鉸鏈關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的極限和運(yùn)動(dòng)桿件間的干涉三個(gè)方面 。但是要得到大功率的輸出，電動(dòng)機(jī)的重量和體積會(huì)很龐大。同時(shí)，由于液壓系統(tǒng)的功率體積比大，采用液壓系統(tǒng)的集成回路可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)得較為緊湊，以減少系統(tǒng)所占用的 11 空間。 液壓伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)主要有以下三種方式：定量泵－溢流閥恒壓能源、定 量泵－蓄能器－卸荷閥能源和恒壓變量泵能源。用控制閥來控制液壓油流入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量，從而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，通常為恒壓油源供油。在泵控系統(tǒng)中，壓力取決于負(fù)載。若要實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的高質(zhì)量的控制，則必須要求有足夠多的控制元件，把各個(gè)控制元件調(diào)整成某一特定的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受控對(duì)象的預(yù)定順序和要求動(dòng)作的控制。 電液比例控制系統(tǒng)是指在液壓傳動(dòng)控制過程中，通過接受模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，使輸出的流量和壓力能連續(xù)成正比地進(jìn)行控制。由于伺服閥的快速響應(yīng)速度快，并且具有很高的控制精度，所以伺服控制系統(tǒng)在航空、航天、軋鋼設(shè)備以及試驗(yàn)設(shè)備中得到了廣泛的使用，但是伺服控制的伺服元件制造成本非 常昂貴，對(duì)油液的清潔度要求很高，系統(tǒng)的能耗也很大。液壓泵的進(jìn)口過濾器可以防止油污進(jìn)入液壓泵，對(duì)液壓泵起到保護(hù)作用，延長變量泵的使用壽命。工作原理 :控制及監(jiān)控系統(tǒng)分別向六組模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的伺服閥對(duì)應(yīng)的發(fā)出橫搖、縱搖和縱蕩等六組信號(hào)，與各自的傳感器反饋回來的信號(hào)比較后，其差值經(jīng)伺服放大器放大，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的伺服閥產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的壓力流量 (液壓放大 )，使伺服缸的輸出與輸人信號(hào)成比例 。 最大推力： F=π /4*64*200= 最大拉力： 2)液壓泵的流量計(jì)算及液壓泵的選型 設(shè)計(jì)條件 :按系統(tǒng)六缸同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其平均速度 v按 200 mm / s 進(jìn)行計(jì)算，故所需泵的流量為 : q=6*A*v=6*π /4*64*2*60=360L/min 以此為依據(jù)，選用兩臺(tái)某公司生產(chǎn)的斜盤式柱塞泵，型號(hào) 泵，型號(hào)SYDFEE}X/AlOVSOl00P 液壓泵的排量分別為 140 mL/r,100 mL/r，驅(qū)動(dòng)泵的 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n1470 r/min，則總流量為 352 L/min 能滿足使用要求。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果及泵的額定轉(zhuǎn)速 1470 r/min，選擇兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，型號(hào)為 Y200L} ,n =1470 r/min，功率分別為 55 kW ,45 kW，總 裝機(jī)功率100 kW . 5)伺服閥流量確定和選型 如果設(shè)定每個(gè)缸的最大速度為 m/s則通過閥的流量為 q =50 x 30 x60 = 90 L/min，所以選伺服閥、壓力繼電器 )產(chǎn)生誤動(dòng)作，干擾液壓系統(tǒng)的正常下，影響液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性 。仿真模型的建立和模擬現(xiàn)實(shí)條件是虛擬樣機(jī)的重要基礎(chǔ)。 6 根變長支桿采用鉸接在上、下平臺(tái)之間的液壓缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 鉸接元件 ,采用萬向節(jié)鉸接設(shè)計(jì)。利用ＳＷ對(duì)六自由度液壓平臺(tái)進(jìn)行建模和運(yùn)動(dòng)分析 ,必須以三維實(shí)體為基礎(chǔ) ,合理選擇運(yùn)動(dòng)副和定義連桿的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) ,從而實(shí)現(xiàn)六自由度液壓平臺(tái)的正確運(yùn)動(dòng)仿真。并且能夠?qū)\(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真 ,檢查機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性等 ,對(duì)實(shí)際樣機(jī)的設(shè)計(jì)具有重要的參考和指導(dǎo)價(jià)值。在建模過程中 ,一定要充分利用各零部件之間的位置關(guān)系和連接關(guān)系 ,選擇合適的草繪平面、參照平面及特征的生成方式 ,即通過合理地設(shè)定各零件之間的父子關(guān)系 ,以盡量減少部件上的定位尺寸 ,提高設(shè)計(jì)效率。 裝配設(shè)計(jì) 六自由度液壓平臺(tái)的裝配設(shè)計(jì)較為復(fù)雜 ,包含萬向節(jié)的裝配、液壓缸的裝配、力傳感器的裝配、位移傳感器的裝配等 ,因零件較多 ,為方便裝配 ,采用自底而上的裝配方法。 運(yùn)動(dòng)分析 運(yùn)動(dòng)仿真是在成功建立了其裝配模型的基礎(chǔ)上 ,通過定義靜止部件、運(yùn)動(dòng)部件 ,并 為在各起始運(yùn)動(dòng)件上定義驅(qū)動(dòng)電機(jī)、選擇連接軸和運(yùn)動(dòng)方向、設(shè)定運(yùn)動(dòng)初始條件或參數(shù)等一系列操作來實(shí)現(xiàn)。 圖 液壓缸運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定義 (1)運(yùn)動(dòng)副的定義 裝配體設(shè)計(jì)中系統(tǒng)自動(dòng)將最先導(dǎo)入的構(gòu)件作為固定構(gòu)件 (先導(dǎo)入的基座為機(jī)架 ),其后導(dǎo)入的構(gòu)件均為可動(dòng)構(gòu)件 ,也可以手動(dòng)進(jìn)行修改 ,運(yùn)動(dòng)分析模塊遵循這樣的原則。 (3)運(yùn)動(dòng)分析 為保持上動(dòng)板與基座平行的前提下 ,分別定義 1和 2液壓缸或 2和 3液壓 20 缸的運(yùn)動(dòng)為移動(dòng)177。由于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的六個(gè)液壓伺服通道是相同的，故只對(duì)其中一個(gè)通道進(jìn)行傳遞函數(shù)推導(dǎo)，以便為控制器設(shè)計(jì)提供依據(jù)現(xiàn)將功率放大器、伺服比例閥、液壓缸及其負(fù)載作為廣義的被控對(duì)象，其結(jié)構(gòu)如圖 5. 1 所示。 為閥的固 有頻率，單位 rad/s。為液壓 缸的增益。A 為油缸有效工作面積，單位 m2。 5. 2 PID控制原理 在模擬控制系統(tǒng)中，控 制器中常用的控制規(guī)律是 PID 控制‘似一叫系統(tǒng)原理框圖如圖 5. 3 所示。TD 為微分時(shí) 間常數(shù)。 (3)微分環(huán)節(jié) :反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )，并能在偏差信號(hào)變的太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 1 位置式 PID 控制算法 按模擬 PID 控制算法，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn) kT 代表連續(xù)時(shí)間 t，以矩 形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即 : （ 510） 可得離散 PID 表達(dá)式 : （ 511） 式中 : ； T 為采樣周期 。 PID 控制算法 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，采用增量式 P 工 D 控制。手動(dòng) /自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，此外，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于輸出通道和執(zhí)行裝置具有信號(hào)鎖存作用，故仍能保持原值。但是六自由度并聯(lián)平臺(tái)是一個(gè)高度復(fù)雜的、強(qiáng) 耦合的、存在嚴(yán)重非線性的系統(tǒng)， 主要是針對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)位置分析，包括位置正解和反解，并對(duì)六自由度轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了建模，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，給出了液壓伺服并聯(lián)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)模型，并使用 PID 控制方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。 結(jié)合 MATLAB 做相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)。采用增 量式算法，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量△ u(k)對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置增量，獲得 u(k)需要對(duì)增量行積累。 25 這種算法有以下缺點(diǎn)，由于是全量輸出使得每次輸出均與 過去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì) e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大 。因此，連續(xù) PID 控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。 C2)積分環(huán)節(jié) :主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 圖 5. 3 模擬 PID 控制系統(tǒng)原理框圖 PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 rin(t)與實(shí)際輸出值 yout(t)構(gòu)成控制偏差 : e(t)=rin(t)一 yout(t) （ 57） PID 的控制規(guī)律為 : （ 58） 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式 : 24 （ 59） 式中 :kp,為比例系數(shù) 。 綜合上式，可得并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)單通道伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方 塊圖，如圖 5. 2所示。 Y 為液壓缸左右兩腔及其與伺服閥連接管路的容積之和，單位 m3 。 為缸的固有頻率，單位 rad/s 。叱為力矩馬達(dá)線圈轉(zhuǎn)折頻率，單位 rad/s o 由于 Wa 遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于伺服比例閥的固有頻率，可以忽略，以上慣性環(huán)節(jié)可簡成一個(gè)比例環(huán)節(jié) : （ 52） 其傳遞函數(shù)為 : （ 53） 式中 : 為閥的阻尼比 。如 圖 所示 ,分別是以中間位置為基礎(chǔ)的最大翻轉(zhuǎn)角度、最大平移距離和最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度仿真結(jié)果曲線。 (2)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定義 仿真模塊提供了位移運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式 ,每種方式提供無驅(qū)動(dòng)、位移 (角度 )驅(qū)動(dòng)、速度 (角速度 )驅(qū)動(dòng)、加速度 (角加速度 )驅(qū)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)類型 ,根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)類型 ,可定義為連續(xù)、步進(jìn)函數(shù)、諧波函數(shù)、齒條和表達(dá)式等方式。裝配體直接應(yīng)用于分析模塊 ,分析模塊會(huì)根據(jù)零件間的裝配關(guān)系而賦予零件間以恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)副 ,表征運(yùn)動(dòng)關(guān)系。正確地選擇并使用約束類型和連接形式 ,對(duì)能否成功地實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的虛擬裝配與運(yùn)動(dòng)仿真至關(guān)重要。 圖 部分零件的建模 利用ＳＷ軟件的零件建模模塊 (Ｐａｒｔｓ )生成六自由度液壓平臺(tái)各零件 18 的三維模型 ,其中平臺(tái)的基座、上平臺(tái)與液壓缸聯(lián)接用萬向節(jié)的聯(lián)接座 ,設(shè)計(jì)比較復(fù)雜和困難 ,因其接觸配合面為一空間面 ,與坐標(biāo)平面無任何位置關(guān)系 ,又要保證下動(dòng)板處于中間位置時(shí) ,液壓缸和兩側(cè)的萬向節(jié)的 4 個(gè)叉形接頭軸線重合 ,并要保證與基座相接的萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心分布在直徑 600ｍｍ的圓上 ,與下動(dòng)板相接的