混合编程控制的多自由度结构拟动力试验方法
多自由度电液混合运动模拟器动力学分析
多自由度电液混合运动模拟器动力学分析周跃发;王涛;李鸿;樊涛;张治勇【摘要】In this paper, in order to study motion simulator, Newton and Roberson-Wittenburg methods were used to establish the dynamic equation of a mulli-degree-of-freedom electro-hydraulic mix-drive motion simulator. The closed kinematic chains were regarded as free dumpling constraints, which simplified the modeling and resolved the difficult questions concerning the kinematic hinge and spherical hinge by using the Roberson-Wittenburg method. The dynamic equation used was simple and time-saving compared with the Lagrange method, and it was good for actual control of the motion simulator. Dynamic computer simulation results are well coincided with actual motion simulator,which prove the correctness of the dynamic equation modeling .%为了研究运动模拟器,采用牛顿和罗伯逊-维滕伯格方法建立了多自由度电液混合运动模拟器动力学方程,建模中把运动模拟器结构中的闭链结构看做自由铰约束,使建模过程得以简化,解决了罗伯逊-维滕伯格方法对移动铰、特别是球铰不易应用的难题.该动力学方程与拉格朗日方法相比,具有计算简便、省时的特点,便于运动模拟器的实际动力控制.动力仿真结果与模拟器实际运动相符合,证明动力学方程建模的正确性.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】5页(P454-458)【关键词】电液混合;运动模拟器;多自由度;动力学方程【作者】周跃发;王涛;李鸿;樊涛;张治勇【作者单位】哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O313.7随着航空航天等技术的大力发展，许多国家都很重视对运动模拟器的研究[1-2].运动模拟器用于模拟飞行器及船舶等的摇摆运动，它在运动学和动力学方面的研究，一方面有利于模拟器的设计和制造，另一方面可以直接应用于实际运动模拟实验[3].它的发展水平标志着一个国家航空、航天、航海、路面运输及战车性能等方面的发达程度[4-6].本文研究的是多自由度电液混合运动模拟器[7]，该运动模拟器由三轴转台和六自由度并联转台组成.六自由度并联转台可以实现空间的六自由度运动，三轴转台的外框、中框和内框可以实现无限转动，利用三轴转台可以达到六自由度并联转台所无法达到的空间方位，这样的组合可以延伸到空间的任何位置，弥补了单一转台存在范围限制的缺陷，从而使研究更具有理论意义和实际价值.文中采用了牛顿和罗伯逊-维滕伯格方法建立了多自由度电液混合运动模拟器动力学方程，并与拉格朗日方法[8]相比.在研究中把运动模拟器结构中的闭链结构为自由铰约束，使建模过程得以简化.1 方向余弦矩阵的建立运动模拟器结构原理如图1，运动平台系统所受的主动力分别来自于系统自重和6根驱动杆的驱动力，必须先确定驱动力的方向余弦才能确定系统的主矢和主矩，下面将推导用矩阵形式表示的驱动力方向余弦.用矩阵A=(aij)4×6中列向量表示液压杆与上台体的铰点Ai各点在体坐标系中的齐次坐标向量，用矩阵B=(bij)4×6的列向量表示液压杆与底坐铰支点Bi各点在静坐标系中的齐次坐标向量.则通过齐次坐标变换矩阵T可以求得矩阵A变换到静坐标系中所对应的齐次坐标矩阵G和矩阵B变换到上台体体坐标系中所对应的齐次坐标矩阵C为由此可求得各液压杆移动中的铰支点间距:进一步可求得，在静坐标系中，由支点Bi至支点Ai的驱动力矢量对应的方向余弦矩阵为同理，驱动力在体坐标中的方向余弦矩阵为图1 多自由度电液混合运动模拟器模型Fig.1 Mode of multi-degree-of-freedom electro-hydraulic mix-drive motion simulator2 系统的主矢和主矩由方向余弦矩阵可得到系统在静坐标系中的主矢为式中:Pc=[Pc1 Pc2 Pc3]T;P为对应的液压杆驱动力矢量，P=[P1 P2 P3 P4 P5P6]T;Q 为重力矢量，Q=-(m1+m2+m3+m4)g[0 0 1]T，m1、m2、m3及m4依次为台体及各环的质量.驱动力在体坐标中矢量式为由此可以推出体坐标系中主动力矩矢量式为系统在平台中体坐标系的主矩为主矢和主矩的确定为动力学方程的建立提供了理论依据.3 系统动力学方程的建立由牛顿方程可得式中:a=[a1 a2 a3]T为系统质心加速度.由式(8)和(12)可得到基于牛顿方程的关于驱动力的3个动力学方程:系统共有9个主动力，只根据上述方程是无法求解出来的.下面将运用罗伯逊-维滕伯格方法建立余下动力学方程.在运用罗伯逊-维滕伯格法进行动力学分析时，假设将6根液压驱动杆去掉，上平台可看作在6个自由度中进行自由运动的刚体，即上平台作为第一刚体，其与零刚体之间由自由铰连接.这样的假设解决了6根液压杆与上平台并联而引出的难题，使系统能够较为简单地运用罗伯逊-维滕伯格法进行动力学分析.该系统的有向图如图2，由此图可获得罗伯逊-维滕伯格法的相关矩阵.图2 多自由度运动模拟器有向图Fig.2 Digraph of multi-degree of freedom motion simulator系统的关联矩阵:系统的通路矩阵:系统的铰链矩阵:刚体B1、B2、B3及B4的增广体对内铰点惯性矩阵分别为这样，可求得惯量张量矩阵中各项:从而可得矩阵A:由可得式中:Pas为铰链矢量，φar、φas均为广义坐标变量.再由得式中:为各刚体在内环体坐标系中的绝对角速度为各刚体在内环体坐标系中的相对于前一刚体的相对角速度.因此，又因为质心与控制点重合，故重力力矩为零刚体为下平台，不转动，因此各铰的控制力矩为式中:为6个液压杆提供的3个主动力矩，分别投影在平台做卡尔丹角转动时的第1次转动的X轴，第2次转动的Y轴，第3次转动的Z轴;为三轴转台中外环轴、中环轴和内环轴提供的主动力矩.则尽而可得矩阵B:综上，可获得罗伯逊-维滕伯格标准方程:综合式(13)和(17)可以求出6个液压驱动杆的驱动力和3轴转台的3个驱动力矩.4 仿真与结果分析运动模拟器的9个参变量为qi(i=1，2，…，9)，给参变量正弦规律变化函数:qi=aisin(ωit)30°(i=4～9)，可以得到系统动力学仿真图线.当上平台只绕X轴转动时，即只有q4不为0，其余参变量全部为0时，其变化规律曲线为图3和.当上平台只沿Y向位移时，则除了q2其余参变量全为0，则变化规律曲线分别为图5和6.当只有内环转动时，即只有q9不为零，其余参变量全部为0时，其变化规律曲线为图7和8.当系统各参量周期(T1=T2=T3=5s;T4=T5=T6=T7=T8=T9=10 s)运动时，其变化规律曲线为图9和10.图3 6根液压杆驱动力曲线(只有q4不为0)Fig.3 Actuating force curve of six drive rod(only q4≠0)图4 三轴转台驱动力矩曲线(只有q4不为0)Fig.4 Actuating moment curve ofthree-axle turnplate(only q4≠0)图5 6根液压杆驱动力曲线(只有q2不为0)Fig.5 Actuating force curve of six drive rod(only q4≠0)图6 三轴转台驱动力矩曲线(只有q2不为0)Fig.6 Actuating moment curve of three-axle turnplate(only q2≠0)图7 6根液压杆驱动力曲线(只有q9不为0)Fig.7 Actuating force curve of six drive rod(only q9≠0)图8 三轴转台驱动力矩曲线(只有q9不为0)Fig.8 Actuating moment curve of three-axle turnplate(only q9≠0)图9 6根液压杆驱动力曲线(各参量周期运动)Fig.9 Actuating force curve of six drive rod(all of the parameters'periodic motions)图10 三轴转台驱动力矩曲线(各参量周期运动)Fig.10 Actuating moment curve of three-axle turnplate(all of the parameters'periodic motions)上述各图显示的仿真结果与运动模拟器实际运动相符合，证明仿真结果的正确性.5 结束语运用牛顿法和罗伯逊-维滕伯格方法比较完整地研究了多自由度电液混合运动模拟器的动力学问题，对其动力学问题进行了计算机仿真，得到了运动模拟器的实际运动动力图线，为运动模拟器的进一步深入研究和实际制造提供了有价值的理论和方法.参考文献:【相关文献】[1]TRAN D T，SCHROEDER J A.Rotorcraft research at the NASA vertical motion simulator[C]//Proceedings of AHS International 64th Annual Forum.Montreal，Canada，2008:2390-2402.[2]TEUFEL H J，NUSSECK H G，BEYKIRCH K A，et al.MPI motion simulator:development and analysis of a novel motion simulator[C]//2007 AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit. Honolulu，USA，2007:335-345.[3]AUL R J，REMLEY W E，SCHER R M，et al.LNG ship motion simulator andplatform[J].Society of Naval Architects and Marine Engineers，2007，114:128-139. [4]PETERSON R，NOVOKOV M，HSU J，et al.6 DOF highfrequency motion simulator Phase II[J].Proceedings of the International Society for Optical Engineering， Orlando，USA，2002:56-67.[5]于大泳，丛大成，韩俊伟.对接机构运动模拟器的精度分析[J].哈尔滨工业大学学报，2008，40(2):264-268.YU Dayong，CONG Dacheng，HAN Junwei.Accuracy analysis of motion simulator of docking mechanism[J].Journal of Harbin Institute of Technology，2008，40(2):264-268.[6]赖一楠，赵阳，田浩.航天器五自由度对接试验台动力学特性仿真[J].系统仿真学报，2005，17(11):I Yinan，ZHAO Yang，TIAN Hao.Dynamic characteristics simulation for spacecraft docking five-freedom test table[J].Journal of System Simulation，2005，17(11):2573-2576.[7]ZHOU Yuefa，JI Xiangchun，LI Hongliang，et al.Structural design and the state of motion analyzes for multi-degree-offreedom electro-hydraulic mix-drive motion simulator[J].Key Engineering Materials，2010，419/420:169-172.[8]ZHOU Yuefa，LI Hongliang，ZHANG Zhiyong，et al.Simulation of kinematics and dynamics of multi-degree-of-freedom electro-hydraulic mix-drive motionsimulator[C]//Proceedings of the 9th World Congress on Computational Mechanics and 4th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics.Sydney，Australia，2010:27.。
拟动力试验和实时拟动力试验
实时子结构拟动力试验
产生背景 常规拟动力和子结构拟动力试验为准静态加载过程，仅是慢速再现地震破会全过 程，无法考虑加载速率对试件的影响和试验加载的实时性。 结构控制技术的发展，橡胶隔震器、粘滞阻尼器等一些新的元件的运用使结构具 有明显的速度依赖特征。 试验子结构 （复杂非线性部分）
n
F
x、
和恢复力
n
Байду номын сангаас和恢复力
连续对结构进行试验加载，直到输入地震加速度时程指定的时刻
F
2
2016春季，桥梁抗震试验
n
拟动力试验试验原理
由于联机加载过程中用逐步积分求解运动方程的时间间隔取值一般 为0.005~0.01秒，而整个联机试验每一加载步长大致要持续几秒， 加载过程完全可以看成是静态的，为此可以忽略方程式中与速度有 关的阻尼力，运动方程可以简化为：
给定加速度记录，由计算机 作非线性动力分析，计算得 到位移反应曲线，将位移反 应曲线作为输入，控制加载。 这种方案要去事先假定结构 的恢复力模型，问题这种恢 复力模型是否符合实际？
2016春季，桥梁抗震试验
简介
方案2：
将计算机及计算技术直接应 用与控制实验加载，不需要 事先假定结构的恢复力模型， 恢复力可以直接从作用于试 件的加载器测得，由计算机 完成非线性地震反应微分方 程的求解。 《建筑抗震试验方法规程》定义
1
n
结构施加与位移x
相应的荷载。 1
4.由电液伺服加载器上的荷载及位移传感器，直接量测结构的恢复力F 和加活
n
塞的行程位移反应值
1
x
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. 5
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子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究
近年来，多自由度力-位移混合控制方法成为柔性结构控制领域的一个研究热点。
柔
性结构是指结构具有较大的变形能力和较小的阻尼能力的结构，广泛应用于航空航天、机
械制造、汽车工程等领域。
柔性结构的控制及稳定性一直是一个难题，传统控制方法无法
满足对柔性结构的高性能控制要求。
研究多自由度力-位移混合控制方法对于提高柔性结
构的控制效果具有重要意义。
多自由度力-位移混合控制方法是将力和位移控制两种控制策略结合起来，以提高柔
性结构的控制性能。
力控制是通过施加力来驱动结构的振动，而位移控制是通过控制结构
的位移来达到控制目标。
将力控制和位移控制互相结合，可以实现对柔性结构的精确控制，提高结构的控制性能。
多自由度力-位移混合控制方法的实验过程中，需要设计合适的控制系统和传感器，
实时采集结构的位移、力和振动等参数。
控制系统根据实时采集到的数据，通过控制算法
计算出合适的控制输入信号，实施控制。
传感器的选择和安装位置对于控制效果具有重要
影响，需要根据具体的实验需求进行优化设计。
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究【摘要】本文针对子结构试验中的多自由度力-位移混合控制方法展开研究。
首先介绍了多自由度力-位移混合控制方法的原理和应用，然后对子结构试验技术进行了概述。
接着详细探讨了在子结构试验中如何运用多自由度力-位移混合控制方法，并进行了实验验证。
通过实验结果分析，总结了该控制方法的优势和局限性。
对研究成果进行了总结，提出了存在的问题并展望未来的发展方向，并探讨了该方法在实际应用中的前景。
通过本文的研究，对于提高子结构试验的精度和效率具有一定的指导意义。
【关键词】多自由度、力-位移混合控制、子结构试验、研究方法、实验验证、优势、局限性、研究成果、问题、展望、应用前景。
1. 引言1.1 研究背景随着子结构试验技术的不断发展，研究者们开始关注如何更好地对子结构进行控制，以获取更准确的试验数据。
在子结构试验中，采用多自由度力-位移混合控制方法能够有效地实现对结构动态响应的控制，提高试验的准确性和可靠性。
研究多自由度力-位移混合控制方法在子结构试验中的应用具有重要的理论意义和实践价值。
通过对子结构试验中的力-位移混合控制方法进行研究，可以为结构动力学理论的发展和工程实践的进步提供有力支持。
1.2 研究意义子结构试验是结构动力学领域的重要研究方法，可以模拟实际工程结构的动态响应，评估结构的性能和耐久性。
多自由度力-位移混合控制方法是一种结构控制方法，通过在试验过程中施加控制力和控制位移，可以有效地改善试验的精度和可靠性。
深入研究子结构试验中的多自由度力-位移混合控制方法，探索其优势和局限性，对于提高结构试验的质量和效率，推动结构动力学领域的发展具有重要的意义。
1.3 研究目的研究目的是为了探讨在子结构试验中应用多自由度力-位移混合控制方法的可行性和有效性，从而提高试验的准确性和效率。
具体目的包括：1.验证多自由度力-位移混合控制方法在子结构试验中的适用性，探讨其与传统单自由度控制方法的差异和优势；2.研究力-位移混合控制方法在子结构试验中的实现方式和技术细节，为其在实际工程中的应用提供技术支持；3.评估力-位移混合控制方法的优势和局限性，为未来子结构试验和结构控制方法的发展提供参考依据。
newmark法程序法计算多自由度体系的动力响应知识讲解
用matlab 编程实现Newmark -β法计算多自由度体系的动力响应用matlab 编程实现Newmark -β法 计算多自由度体系的动力响应一、Newmark -β法的基本原理Newmark-β法是一种逐步积分的方法，避免了任何叠加的应用，能很好的适应非线性的反应分析。
Newmark-β法假定：t u u u ut t t t t t ∆ββ∆∆]}{}){1[(}{}{+++-+= (1-1)2]}{}){21[(}{}{}{t u u t uu u t t t t t t ∆γγ∆∆∆+++-++= (1-2) 式中，β和γ是按积分的精度和稳定性要求进行调整的参数。
当β=0.5，γ=0.25时，为常平均加速度法，即假定从t 到t +∆t 时刻的速度不变，取为常数)}{}({21t t t u u ∆++ 。
研究表明，当β≥0.5， γ≥0.25(0.5+β)2时，Newmark-β法是一种无条件稳定的格式。
由式(2-141)和式(2-142)可得到用t t u ∆+}{及t u }{，t u}{ ，t u }{ 表示的t t u ∆+}{ ，t t u ∆+}{ 表达式，即有t t t t t t t u u t u u tu}){121(}{1)}{}({1}{2----=++γ∆γ∆γ∆∆ (1-3) t t t t t t t u t uu u t u}{)21(}){1()}{}({}{ ∆γβγβ∆γβ∆∆-+-+-=++ (1-4) 考虑t +∆t 时刻的振动微分方程为：t t t t t t t t R u K u C uM ∆∆∆∆++++=++}{}]{[}]{[}]{[ (1-5) 将式(2-143)、式(2-144) 代入(2-145)，得到关于u t +∆t 的方程t t t t R u K ∆∆++=}{}]{[ (1-6)式中][][1][][2C t M tK K ∆γβ∆γ++= )}{)12(}){1(}{]([)}){121(}{1}{1]([}{}{2t t t t t t t t u t uu t C u u t u tM R R ∆γβγβ∆γβγ∆γ∆γ∆-+-++-+++=+求解式(2-146)可得t t u ∆+}{，然后由式(2-143)和式(2-144)可解出t t u∆+}{ 和t t u ∆+}{ 。
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究1. 引言1.1 背景介绍本研究旨在通过对多自由度力-位移混合控制方法进行深入研究，结合子结构试验技术，设计并实现一个高效的控制系统，从而为提高结构的稳定性和可靠性提供有效的技术支持。
本研究也将探讨该控制方法的优势，并对其工程应用前景和未来发展方向进行探讨和展望。
1.2 研究意义子结构试验是结构工程领域中的重要研究手段，在模拟大型工程结构的实际工作状态下进行结构性能评估和改进具有重要意义。
多自由度力-位移混合控制方法则是一种高效的控制手段，可以帮助实验研究人员更好地控制试验过程，提高试验效率和准确度。
研究子结构试验中多自由度力-位移混合控制方法具有重要的理论和实际意义。
研究该控制方法可以为工程领域提供更加先进和有效的试验技术，有助于提高结构试验的可靠性和准确性。
该方法可以促进结构设计和改进的进程，帮助工程师更好地理解结构工程中力和位移的相互关系，从而设计出更加优化的结构方案。
研究多自由度力-位移混合控制方法还可以帮助促进结构动态性能的研究和优化，为结构抗震、减震等方面的工程问题提供更有力的支持。
研究子结构试验中多自由度力-位移混合控制方法具有广泛的实际应用前景和深远的学术影响。
1.3 研究目的研究目的是为了探索在子结构试验中应用多自由度力-位移混合控制方法的可行性和有效性。
通过研究，我们旨在解决现有控制方法在子结构试验中存在的不足之处，提出一种更加灵活、精确的控制策略，以实现结构系统的高性能控制。
具体目标包括：（1）深入分析多自由度力-位移混合控制方法的原理和特点，为其在子结构试验中的应用奠定理论基础；（2）研究子结构试验技术及其在结构工程中的重要性，探讨多自由度控制系统在子结构试验中的优势与挑战；（3）设计并实现一个多自由度控制系统，结合试验结果进行分析，并探讨控制方法相对于传统方法的优势和局限性；（4）总结研究成果，展望在工程应用中的潜在前景，提出未来研究的方向和重点，以推动结构控制领域的发展和应用。
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究
子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究作者：周惠蒙李梦宁王涛来源：《振动工程学报》2020年第01期摘要：现代结构试验通常抽取结构的一部分进行子结构拟静力或拟动力试验，同时对子结构边界进行近似处理，简化加载方案，以期在现有试验条件下满足大比例尺试验的需求。
然而，这种方法应用于复杂构件时会带来较大的误差，特别是各向刚度差异很大的构件，由于各自由度之间的耦合效应，以及传统试验装置控制模式和精度的限制，难以实现轴向、剪切、弯曲以及扭转自由度之间的同步协调加载，加载误差严重影响了结构抗震性能评估试验的准确性。
针对子结构试验中耦合多自由度同步协调加载问题，利用力一位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦，采用鲁棒性PID控制方法，以减少多自由度同步协调加载过程中试件的材料非线性和加载装置的几何非线性带来的误差，提高子结构试验的精度。
通过以某构件的子结构拟动力试验为例验证了所提出的力一位移混合控制方法的可行性和正确性。
关键词：多自由度力-位移混合控制;PID鲁棒控制器;子结构拟动力试验;抗震性能;力-位移转换系数中图分类号：TU352.1+1;TB535 文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）01-0168-11DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.OL 019引言由于实验室空问和加载能力的限制，通常采用子结构试验方法研究工程结构的抗震性能，即只对行为复杂、难以把握的部分进行试验。
这时能否实现子结构真实的边界条件是准确把握其抗震性能的前提，特别是当前流行的子结构混合试验技术，子结构之问的边界协调更是其中的核心科学问题。
然而，子结构边界往往具有多个自由度，比如线性位移、弯曲和扭转等，这些自由度通过受力界面耦合在一起，而各个自由度的力学性能通常相差很大，给物理加载带来困难。
其原因一方面在于现有加载装置传感器精度有限，在对大刚度自由度进行位移控制加载时往往造成较大的力误差;另一方面，直线型加载装置需要通过组合才能实现诸如弯曲和扭转的加载，这种几何变换随着结构的变形而变化，即几何非线性问题，这进一步加大了多自由度解耦控制的难度。
一种三自由度混联机构运动控制技术研究
一种三自由度混联机构运动控制技术研究随着农业生产技术的不断发展,农业自动化设备在缓解农业劳动力不足、提高劳动生产率、降低生产成本、保护劳动者安全等方面将发挥越来越重要的作用。
在农作物施药、采摘、搬运等作业中,自动化设备的使用率越来越高。
农业自动化设备中的执行机构及其自动控制技术已成为数字化农业的研究重点内容之一。
本文研制了一种混联机构样机,研究了机构的构型设计、运动学分析、运动控制技术等方面内容,旨在为混联机构的开发和应用提供有效的理论和技术解决方案。
研究的主要工作如下：(1)研究混联机构的构型方式,根据机构的几何特征,建立机构的运动学模型,运用几何解析法得到机构运动学模型的正解和逆解。
(2)分别通过几何法和解析法对机构的工作空间进行研究,求解该混联机构工作空间边界的表达式,分析并确定机构运动空间范围。
通过Adams软件对工作空间进行仿真分析,与运动学正解模型计算的工作空间范围进行比较,验证运动学模型的正确性。
分析及计算结果表明,该机构具有相对较大且连续的工作空间。
(3)对机构的奇异性进行研究,采取对串、并联两部分的奇异性单独研究的方法,与直接用机构的雅可比矩阵算法相比,大大简化了奇异性判别的算法。
研究结果表明,该混联机构在工作空间范围内无奇异点。
(4)在机构运动学和动力学分析的基础上,确定机构的基本参数并对各构件进行选型和设计,研制机构的试验样机,并设计该机构的控制系统,实现DSP控制器与直流伺服电机驱动器之间的CAN通讯协议,提高了控制系统的综合控制性能,增强了系统的可扩展性。
(5)研究笛卡尔空间的直线轨迹规划算法和圆弧轨迹规划算法,以及轨迹规划的加减速控制算法,设计实时控制程序,实现运动学逆解求解、插补计算和控制信号生成等功能,并通过试验证明运动控制算法的正确性。
《五自由度并联驱动机构动力学及控制研究》
《五自由度并联驱动机构动力学及控制研究》篇一一、引言随着现代机械系统技术的不断进步，五自由度并联驱动机构（5-DOF Parallel Drive Mechanism，简称5-DOF PDM）在工业自动化、精密制造、医疗设备等领域得到了广泛应用。
这种机构具有多方向运动能力，能够实现对复杂目标的精确操作和位置控制。
然而，其动力学特性和控制策略的深入研究仍然具有重要意义。
本文旨在研究五自由度并联驱动机构的动力学特性和控制方法，以期为相关领域的研发提供理论依据和实用建议。
二、五自由度并联驱动机构概述五自由度并联驱动机构主要由多条独立驱动的平行杆和动平台组成，具有沿X、Y、Z轴的平移和绕X、Y轴的旋转运动能力。
这种机构具有高精度、高刚度、高灵活性等特点，能够适应各种复杂的工作环境。
三、动力学研究（一）动力学模型建立为了研究五自由度并联驱动机构的动力学特性，需要建立其动力学模型。
该模型应包括机构的物理结构、各部分的力学关系、各自由度间的约束等要素。
基于动力学模型，我们可以进一步推导运动方程，以便进行动力学分析。
（二）动力学特性分析根据建立的动力学模型，我们可以对五自由度并联驱动机构的动态响应进行分析。
这包括机构的运动稳定性、振动特性、动态误差等。
此外，还需要考虑机构在不同工况下的动力学特性变化，如负载变化、速度变化等对机构性能的影响。
四、控制策略研究（一）控制策略设计针对五自由度并联驱动机构的复杂性和多方向运动能力，需要设计合适的控制策略。
这包括控制算法的选择和优化、控制系统的设计等。
常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
根据具体的应用场景和需求，可以选择合适的控制策略或进行策略的组合和优化。
（二）控制系统实现在确定控制策略后，需要实现相应的控制系统。
这包括硬件电路的设计和制作、软件程序的编写和调试等。
同时，还需要考虑系统的实时性、稳定性等要求，确保机构在复杂环境下的可靠运行。
五、实验研究为了验证所建立的动力学模型和控制策略的有效性，需要进行实验研究。
newmark法程序法计算多自由度体系的动力响应知识讲解
用matlab 编程实现Newmark -β法计算多自由度体系的动力响应用matlab 编程实现Newmark -β法 计算多自由度体系的动力响应一、Newmark -β法的基本原理Newmark-β法是一种逐步积分的方法，避免了任何叠加的应用，能很好的适应非线性的反应分析。
Newmark-β法假定：t u u u ut t t t t t ∆ββ∆∆]}{}){1[(}{}{+++-+= (1-1)2]}{}){21[(}{}{}{t u u t uu u t t t t t t ∆γγ∆∆∆+++-++= (1-2) 式中，β和γ是按积分的精度和稳定性要求进行调整的参数。
当β=0.5，γ=0.25时，为常平均加速度法，即假定从t 到t +∆t 时刻的速度不变，取为常数)}{}({21t t t u u ∆++ 。
研究表明，当β≥0.5， γ≥0.25(0.5+β)2时，Newmark-β法是一种无条件稳定的格式。
由式(2-141)和式(2-142)可得到用t t u ∆+}{及t u }{，t u}{ ，t u }{ 表示的t t u ∆+}{ ，t t u ∆+}{ 表达式，即有t t t t t t t u u t u u tu}){121(}{1)}{}({1}{2----=++γ∆γ∆γ∆∆ (1-3) t t t t t t t u t uu u t u}{)21(}){1()}{}({}{ ∆γβγβ∆γβ∆∆-+-+-=++ (1-4) 考虑t +∆t 时刻的振动微分方程为：t t t t t t t t R u K u C uM ∆∆∆∆++++=++}{}]{[}]{[}]{[ (1-5) 将式(2-143)、式(2-144) 代入(2-145)，得到关于u t +∆t 的方程t t t t R u K ∆∆++=}{}]{[ (1-6)式中][][1][][2C t M tK K ∆γβ∆γ++= )}{)12(}){1(}{]([)}){121(}{1}{1]([}{}{2t t t t t t t t u t uu t C u u t u tM R R ∆γβγβ∆γβγ∆γ∆γ∆-+-++-+++=+求解式(2-146)可得t t u ∆+}{，然后由式(2-143)和式(2-144)可解出t t u∆+}{ 和t t u ∆+}{ 。
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（ １ ． 苏州科技学院 土木工程学院 ， 江苏 苏州 ２ １ ５ ０ １ １ ； ２ ． 哈尔滨工业大学 土木工程学院 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ９ ０ ）
［ 提
要］ 为 了建 立 对 任 何 试 验 设 备 控 制 系 统 均 通 用 的 拟 动 力 试 验 系 统 ， 提 出外部命令 控制方 法 ， 并应用 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋ ＋和
用 于 数 值 模 拟 和 物 理 试 验 相 结 合 的 结 构抗 震 试 验 研 究 中 。 ［ 关键词 ］ 外部命令控制 ； 混 合 编程 控制 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ引 擎 ； 拟动力试验系统 ； 多 自由度 结 构 ［ 中 图分 类号 ］ Ｔ Ｕ ３ １ ７ ． ９ ［ 文献 标 识 码 ］ Ａ
［ 文章编号 ］ １ ０ ０ ２ — ８ ４ １ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ２ ０ — ０ ７
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２—８ ４ １ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ２ １
混 合编 程控 制 的 多 自由度 结构 拟动 力试 验 方法
第３ ５卷 第 １期
２ ０ １ ３年 ２月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Ｖｏ １ ． ３５． Ｎｏ ．１
Ｆ ｅ ｂ． ２ ０１ ３
Ｅａ ｒ ｔ ｈｑ ｕ ａ ｋｅ Ｒｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ Ｒｅ ｔ ｒ ｏ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎｇ
Ｗａ ｎ ｇ Ｄａ － ｐ ｅ ｎ ｇ ，Ｔ ｉ ａ ｎ Ｓ ｈ ｉ — ｚ ｈ ｕ （ １ ．Ｓ ｃ ｈ Ｄ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｕ ｚ ｈ ０ “Ｕ ｎ ｉ ｅ ｉ ｔ ｙ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ０ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｕ ｚ ｈ ｏ Ｍ ２ １ ５ ０ １ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
过Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋ ＋调 用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ引 擎 的方 法 ， 完 成 了控 制 程 序 和 计算 程序 的接 口。进 行 了一 个 ３层 砌 体结 构 足 尺模 型 的三 自由
度 结 构 拟 动 力 试 验 。 试 验 结果 表 明 ， 试 验 系 统 能 够保 证 ３个 作 动 器 之 间 协 调 地 稳 定 加 载 ， 并且保证控制精度 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ编 程 简 单灵活 ， 使计算程序易于扩展 ； 由 于外 部 命 令 控 制 方 法 的硬 件 连 接 简 单 ， 控 制 程 序 不 依 赖 于试 验 设 备 控 制 软 件 ， 因 此 可 扩 展 应
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｄｅ ｇ ｒ ｅ ｅ － ｏ ｆ － ｆ ｒ ｅ ｅ ｄｏ ｍ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ａ ｌ Ｐｓ ｅ ｕ ｄｏ － ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｗｉ ｔ ｈ Ｈｙ ｂｒ ｉ ｄ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ
ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ混 合 编 程 控 制 的 方法 编制 试 验 程 序 。 以 ＭＴ Ｓ Ｆ ｌ ｅ ｘ Ｔ ｅ ｓ ｔ Ｇ Ｔ控 制 系 统 为 例 ， 在Ｇ Ｔ控 制 器 上 连 接 采 集 卡 ， 应用 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ
＋ ＋编 制 采 集 卡 控 制 程 序 ， 控制 Ｇ Ｔ控 制 器 的 Ｉ ／ Ｏ通 道 ， 实 现 外 部 命 令 对 作 动 器 的 控 制 。 应 用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ语 言 编制 计 算 程 序 ， 通
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｐ ｓ ｅ ｕｄ ｏ — ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ａ ｎ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇ ｅ ｑｕ ｉ ｐｍｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｌ ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ．Ｔｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐｉ ｌ ｅｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｙ ｂ ｒ ｉ ｄ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗｉ ｔ ｈ Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ ＋ ＋ ａｎ ｄ Ｍ ＡＴＬ ＡＢ． Ｕｓ ｉ ｎ ｇ Ｍ ＴＳ Ｆｌ ｅ ｘ Ｔｅ ｓ ｔ ＧＴ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｓ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ．ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂｏ ａ ｒ ｄｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｎｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ Ｆ ｌ ｅ ｘ Ｔｅ ｓ ｔ ＧＴ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ．Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋ ＋ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｐｉ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｑ ｕｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／Ｏ ｃ ｈ ａ ｎ ｎｅ ｌ ｓ ｏ ｆ ＧＴ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｈ ｅ