【正文】 double a_。 double a_1[3]={r*cos(PI*),r*sin(PI*),0}。 double r=1200。 double P=。 double z0=。 double x0=。 int N_max,N_min。 double D2[7]。Pneumatics , 1981，10附錄l Stewart平臺運動分析程序代碼（之一）：define PI includeincludevoid main(){ int i,j,m,n。最后，我也要感謝學習過程中給予我?guī)椭椭更c的各位同學以及支持鼓勵我的家人。還要感謝電液伺服控制選修課上王昕老師的認真教導以及參觀實驗時倪濤老師的細心講解。在接下來的研究學習過程中，崔老師也給予了悉心的指導，將傳道授業(yè)解惑化為實踐，提醒我的不足，拓寬我的視野，同時提升畢業(yè)論文“形”和“意”的質量，讓我在大學生涯的最后階段得到一大提升。首先，我要感謝擔當畢業(yè)設計指導的崔玉鑫老師。本文中有用到MATLAB有關控制系統(tǒng)的仿真，而本文Stewart平臺采用的液壓驅動，因此還可以建立液壓系統(tǒng)模型通過AMESim進行液壓伺服系統(tǒng)的仿真，還可以進一步采取AMESim和MATLAB的聯合仿真。文中在簡單PID控制的范圍內進行PID控制器擇優(yōu)設計，但系統(tǒng)的快速性仍有待提高，故可以采用更先進的控制算法，如模糊PID控制、基于神經網絡的PID控制。為得到更準確的受力，可以建模并在通過ADAMS仿真實時分析受力，以此為基礎優(yōu)化結構設計。而受時間、精力等的限制，本文雖從被控對象、組成、數學模型和硬件系統(tǒng)等角度對液壓Stewart平臺控制系統(tǒng)進行了設計，但整體來說還處在設計的初期階段，為使平臺具有更好的運動精度、控制精度，以下幾方面還有待改進：優(yōu)化平臺結構設計。該控制系統(tǒng)分為上位機和下位機兩個控制級別，采用了分布式控制方式。此外，本文主要設計了PID控制器，通過通過MATLAB仿真分析比較選擇適當控制方式并通過試湊法確定PID控制器的參數，保證控制系統(tǒng)穩(wěn)、準、快的三大基本要求。為此，文中對液壓伺服系統(tǒng)的組成元件進行了分析、設計及選型，相應的建立了控制系統(tǒng)的傳遞函數模型。這部分，本文綜合平臺運動范圍和精度兩方面的要求確定了上下平臺的外接圓半徑，并設計了平臺關鍵組成部分液壓缸的結構。作為駕駛室運動模擬器的主要部件的Stewart平臺是典型的并聯空間運動機構，通過改變六個可調支腿的長度來實現平臺三個方向的旋轉與移動。整體電源設計如圖所示。我們還需要+12V和12V。 電源模塊本系統(tǒng)中用到的供電電壓有+5V、+12V和12V以及磁致伸縮位移傳感器所需的供電電壓15V，本文采用了7807817912和7815簡單獨立的電源。下位機的CAN總線接口模塊主要負責上下位機通信。 CAN通信接口模塊 CAN通信接口模塊，我們選擇CAN總線作為通信接口。圖中Q1是NPN管，Q2是PNP管，它們都組成射級輸出器。本文中控制對象Stewart平臺要求六個支腿同步控制，所以我們選用DAC0832并確定為雙緩沖工作方式。計算機可先依次送數據到各芯片的輸入寄存器，待各芯片的輸入寄存器都收到數據后，再向各芯片的DAC數據寄存器選通端XFER同時發(fā)送選通信號。采用雙緩沖的好處有：當一個數字量送入D/A轉換器進行轉換輸出的同時，能輸入下一個數字量，從而提高了轉換速度。： DAC0832外部引線圖 DAC0832內部結構示意圖，DAC0832的內部包括兩級鎖存器：第一級是8位的數據輸入寄存器，第二級是8位的DAC寄存器，根據這兩個鎖存器的使用方法不同，DAC有三種工作方式：單緩沖工作方式；雙緩沖工作方式；直通工作方式[20]。，功率驅動模塊主要包括兩個部分即D/A轉換器DAC0832和功率放大電路。本文中選用010V的信號輸入，與傳感器特性相匹配。l AD678模擬信號輸入極性看可以很容易控制，對010V和177。 A/D轉換為符合系統(tǒng)位置精度要求，選用美國的某公司生產的12位的A/D轉換器AD678，選用該A/D轉換器可以一定量的簡化電路，其主要特如下：l AD678片內有采樣保持器，5V高精度參考電源，內部時鐘和三態(tài)緩沖數據，輸出的數字接口，實際上這是一個完備的采樣A/D轉換器，不需要任何外接元件就可以完成A/D轉換，可以直接與8位或者16位微處理器接口。且因原理與一般差動變壓傳感不同，磁致伸縮位移傳感器的測量是基于脈沖的時間差，內部有相應的測量微控制器（如單片機）和測量電路，測量信號經過濾波、放大處理后在用DAC轉換器將數字信號轉換成010V的模擬電壓信號輸出。本文采用的是磁致伸縮位移傳感器，其輸出信號有自身的特點，所以設計信號調理電路時要根據所選的傳感器做相應的處理。所以此處我們?yōu)榭刂葡到y(tǒng)預留改進的余地，外擴了一片RAM6264。 靜態(tài)存儲器6264的擴展如前文所介紹的，AT89C52 的RAM在采用控制算法比較簡單時可能夠用，可是如果采取高級復雜的控制算法，通常要采取措施擴展RAM才能實現系統(tǒng)對RAM的需求。 復位電路復位電路的基本功能是在電路開始供電時對系統(tǒng)進行上電復位以避免電源開關、電源插頭分合過程中可能的抖動而產生的不利影響。其中電容選擇33pF，晶振選擇12MHz。外部晶振以及兩個電容構成并聯諧振電路。 晶振電路XTALXTAL2為時鐘引腳，參考相關資料，可以知道通常的晶振電路為XTAL1和XTAL2外接晶體（通常為石英晶體）再加上一個片內反向放大器構成振蕩器，由此發(fā)出系統(tǒng)所需的時鐘控制信號。此外I/O接口中的P2口則主要作為地址線使用，其中高三位用于驅動片選。因為AT89C52具備了上述諸多優(yōu)點，完全可以滿足平臺關節(jié)控制要求。當然這是以其一定的物理空間為基礎的：程序存儲器8KB， RAM256字節(jié)。本設計中我們選擇單片機AT89C52。整個電路包括AT89C52及其所接的外接無源晶振時鐘電路和復位電路、74LS373鎖存器、74LS138地址譯碼器以及6264存儲器。： 控制器各部分功能框圖 單片機AT89C52及外圍電路 AT89C52及外圍電路單關節(jié)的控制系統(tǒng)的中心部分為單片機及其外圍電路，對于控制系統(tǒng)來說，其主頻在一定條件下越高越好，好的控制性能是以優(yōu)越的硬件條件為基礎的。再者，前文第四節(jié)所述的PID控制算法也需要由單片機控制系統(tǒng)編程實現。 單關節(jié)控制系統(tǒng)示意圖由上圖我們分析可得下位機單片機控制系統(tǒng)的主要功能是：從輸出的角度來說，它發(fā)出驅動伺服閥的控制信號；另一方面從輸入的角度來說，它采集位置傳感器的檢測反饋信號，實現閉環(huán)控制。 下位機控制系統(tǒng)總體設計下位機即基礎級的控制器是一個單關節(jié)的控制器，它的結構及特性直接決定了基礎級控制性能的優(yōu)劣。PCL841功能強大，系統(tǒng)工作可靠，對于可能的數據丟失情況也能最大限度的規(guī)避，因為該卡能夠將計算機和局域網連接起來，帶有嵌入式CAN控制器的841卡具有總線仲裁、錯誤監(jiān)測以及數據自動重發(fā)功能，并且該卡可以直接插在PC機的ISA插槽內。根據前面的分析，我們可以知道上位機的硬件主要包括兩個部分，工業(yè)級PC和CAN卡。下位機為對應六個單通道液壓伺服控制系統(tǒng)的六個單片機控制系統(tǒng)A，則是承擔單缸系統(tǒng)的伺服閥和位移傳感器的相關控制；除此之外，還有個控制液壓站的系統(tǒng)B。上位機和下位機兩級控制系統(tǒng)。本文中采用了基于CAN總線的上、下位機控制系統(tǒng)結構[19]，這是一種分布控制方式，即采用多臺微機共同協調實現對模擬器的控制。此時Kp=。其中，P控制：Kp=；PD控制：Kp=，τ=。l D—增大微分時間利于加快響應速度，使系統(tǒng)超調量減少，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力弱化。參考如下幾條PID參數整定規(guī)律，接下來我們對PD控制的參數和P控制的參數進行進一步整定。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能較好的前提下，繼續(xù)調節(jié)以使超調量保持合理范圍。響應曲線不理想。將原系統(tǒng)與這3種控制方式的階躍響應進行比較，我們可以得到如下結論：（1）P控制頻響曲線振蕩較小，達到穩(wěn)定時間較短，系統(tǒng)響應曲線較理想，可以考慮更進一步增大Kp系數以加快系統(tǒng)響應；（2）與P控制比較，PI控制所得的系統(tǒng)一方面曲線變陡，系統(tǒng)的上升時間tr明顯減少，但另一方面系統(tǒng)的調節(jié)時間ts增大了，且超調量更是顯著增加，已達到40%左右，遠遠超出常見最大超調量范圍（%%），但系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能幾乎沒變，積分規(guī)律作用不大。l PID控制仿真。l P控制仿真。在尋找臨界Kp時可以可采用“半分法”確定Kp大致范圍并進行微調，此法效率較高。首先。若還不夠滿意可再進一步調整。在上述常用的工程整定法中，從可行行和易行性的角度考慮，我們選擇臨界比例度整定法。PID控制器的參數整定方法可總結為兩大類：理論計算整定和工程整定，其中工程整定主要有ZieglerNichols整定法、臨界比例度法、衰減曲線法 [18]。通過增大系統(tǒng)開環(huán)增益，這種基于頻率法的串聯滯后校正可在盡量不影響原有系統(tǒng)的動態(tài)性能的前提下，提高控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能。 PID控制器參數整定與仿真 參數整定方法概述選擇。Ki表示PI控制消除靜差的能力，故一般都希望Ki盡量大，Kd表示微分輸出幅度的大小，Kd越大，微分部分輸出的幅度越大，微分作用越強，但Kd過大會引入高頻干擾信號。PI控制較常用。續(xù)表比例積分控制（PI）綜合P的快速性和I消除偏差的特點積分系數 ；積分常數既能快速的抑制干擾量，又能進行精確的調整，消除靜差。積分時間常數越大積分速度越慢，積分作用越弱。積分控制（I）輸出量為輸入量對時間的積分，消除靜差積分系數原則上能完全消除任何調節(jié)偏差。D控制只能與P、I控制配合使用。微分控制（D）減小系統(tǒng)動態(tài)偏差及調節(jié)時間，消除脈動微分時間常數只對有變化的輸入量產生反應，不能克服靜差。比例系數Kp越大靜差越小，調節(jié)精度越高，但Kp過大會造成系統(tǒng)部穩(wěn)定。PID控制器除了可以用硬件電路實現，還可以用計算機軟件的方式實現數字調節(jié)。PID控制器是“用實踐檢驗出來的”最好的控制器。PID控制器有突出的優(yōu)點也有其不可避免的缺點。在控制系統(tǒng)的設計與校正中，PID控制規(guī)律可描述為： （）PID控制器隨著發(fā)展和使用的漸進現已出現系列化產品，參數、和即根據設計需要擬定。本文即采用PID控制，文中將詳細介紹PID控制器并設計單缸閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID控制器。眾多的控制算法如PID控制、自適應控制、模糊控制、魯棒控制和神經網絡控制等隨著理論發(fā)展逐漸被提出。%，死區(qū)電流為；零漂電流；伺服放大器折算到伺服閥的零漂為。因負載FL較大，在系統(tǒng)框圖中，令s=0，（積分環(huán)節(jié)s不為0）。本系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)，對階躍輸入信號不存在穩(wěn)態(tài)位置誤差。l 快速性（閉環(huán)系統(tǒng)頻寬）計算由系統(tǒng)開環(huán)伯德圖可看到，系統(tǒng)開環(huán)穿越頻率 閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬近似等于且比稍大，故取 。將0分貝線下移至0’線（圖中粗線處），0分貝線移動的距離即為所求系統(tǒng)校正開環(huán)增益。由于本系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)，相位裕量較富裕，增益裕量滿足時，相位裕量也能滿足，而工程設計中，一般相位裕量γ=3060176。l 繪制頻率特性曲線（伯德圖）由上述系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數可作出系統(tǒng)開環(huán)伯德圖[16]，：由該伯德圖顯示可知，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，但從穿越頻率ωc來看，系統(tǒng)需要校正。對阻尼比和系統(tǒng)固有頻率，我們參考同類設計取經驗值：液壓阻尼比 液壓系統(tǒng)固有頻率 以下計算 、。由于被控對象是非對稱液壓缸，所以伺服滑閥的靜態(tài)特性方程的也不“對稱”，方程系數的大小和符號在液壓缸朝左右兩個運動方向時并不一樣，對應的閥于左右兩向動態(tài)特性也不一樣?？梢詫懗鏊欧y的流量壓力特性的線性化形式為： （）液壓缸無桿腔的連續(xù)性方程為： （）式中，V1—液壓缸無桿腔的容積；Ce—液壓缸外部泄露系數；βe—液壓油的體積彈性模量； 液壓缸有桿腔的流量連續(xù)性方程為： （）式中，V2 液壓缸有桿腔的容積， （） （）式中，V10 液壓缸無桿腔的初始容積；V20 液壓缸有桿腔的初始容積；y 液壓缸的位移；對（）（）進行求導可得： （） （） （）假設活塞在附近做微小的運動，由于βe很大，在計算過程中可以加以忽略不計。定義液壓缸兩腔的面積比為： （）式中，A1—液壓缸無桿腔的有效作用面積；A2—液壓缸有桿腔的有效作用面積，n為常數，且n1； 定義非對稱伺服閥的閥芯節(jié)流口面積梯度比為： （）式中，w1—伺服閥節(jié)流口1和2的面積梯度； w2—伺服閥節(jié)流口 3 和 4 的面積梯度， 且m 為小于等于1的常數。所以傳感器增益Kf取值為Kf=1（V/m） 閥控非對稱液壓缸的特性分析及傳函推導閥和液壓缸組成了閥控液壓缸系統(tǒng)并決定了該系統(tǒng)的動態(tài)性能，同時負載也對系統(tǒng)有一定作用。流量增益由此可得伺服閥傳遞函數表達式：l 伺服放大器在伺服控制系統(tǒng)中，采用的伺服放大器是深度電流反饋放大器，它的傳遞函數可以簡化分析近似為一個比例環(huán)節(jié)，寫成以下形式： 且 式中，為伺服放大器的系數，單位為A/V。取閥的額定流量為100L/min ，固有頻率為450Hz。磁致伸縮位移測量是近來新興的傳感器，通常用于檢測位移或速度，其測量原理類似“超聲定位”，屬于不接觸測量，由原發(fā)出的脈沖和磁場相互作用所傳回的脈沖之間的時間