開(kāi)題報(bào)告預(yù)答辯

1、多支腿平臺(tái)最佳均勻載荷調(diào)平方法與試驗(yàn)研究論文題目報(bào) 告 人：張 爽指導(dǎo)老師：剛憲約2015.01.16應(yīng)用領(lǐng)域感性認(rèn)識(shí)課題的來(lái)源及意義快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷大多數(shù)調(diào)平系統(tǒng)未將平臺(tái)和支腿的結(jié)構(gòu)變形考慮在內(nèi) 研制出能夠同時(shí)滿足參考點(diǎn)位移調(diào)整要求和最佳均勻支腿載荷分配的調(diào)平系統(tǒng)成為迫切需求 虛腿問(wèn)題難以解決課題來(lái)源意義本課題開(kāi)展多支腿柔性平臺(tái)最佳均勻支腿載荷快速調(diào)平方法的研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)的研制，解決虛腿以及平臺(tái)幾何調(diào)平與支腿

2、載荷不能兼顧的問(wèn)題，這不僅在調(diào)平相關(guān)問(wèn)題的解決上提供了一種全新的解決方法，而且對(duì)調(diào)平應(yīng)用領(lǐng)域的拓展起到推動(dòng)性的作用。 快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 大多數(shù)調(diào)平系統(tǒng)未將平臺(tái)和支腿的結(jié)構(gòu)變形考慮在內(nèi) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 虛

3、腿問(wèn)題難以解決大多數(shù)調(diào)平系統(tǒng)未將平臺(tái)和支腿的結(jié)構(gòu)變形考慮在內(nèi) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 研制出能夠同時(shí)滿足參考點(diǎn)位移調(diào)整要求和最佳均勻支腿載荷分配的調(diào)平系統(tǒng)成為迫切需求 虛腿問(wèn)題難以解決大多數(shù)調(diào)平系統(tǒng)未將平臺(tái)和支腿的結(jié)構(gòu)變形考慮在內(nèi) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 研制出能夠同時(shí)滿足參考點(diǎn)位移調(diào)整要求和最佳均勻支腿載荷分配的調(diào)平系統(tǒng)成為

4、迫切需求 虛腿問(wèn)題難以解決大多數(shù)調(diào)平系統(tǒng)未將平臺(tái)和支腿的結(jié)構(gòu)變形考慮在內(nèi) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 研制出能夠同時(shí)滿足參考點(diǎn)位移調(diào)整要求和最佳均勻支腿載荷分配的調(diào)平系統(tǒng)成為迫切需求 虛腿問(wèn)題難以解決大多數(shù)調(diào)平系統(tǒng)未將平臺(tái)和支腿的結(jié)構(gòu)變形考慮在內(nèi) 追求調(diào)平精度和就位時(shí)間，而較少關(guān)注各支腿所受載荷快速性、機(jī)動(dòng)性和可靠性就成為相關(guān)軍事裝備關(guān)鍵的作戰(zhàn)技術(shù)要求 調(diào)平精度和就位時(shí)間是衡量車(chē)載平臺(tái)性能的最重要的指標(biāo) 國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)外研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)研究水平1.中國(guó)

5、電子科技集團(tuán)公司第14研究所某高機(jī)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)采用的電液式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),可在3分鐘內(nèi)將平臺(tái)的精度調(diào)整到3分以內(nèi)，該系統(tǒng)和西安電子科技大學(xué)盛英、仇原鷹設(shè)計(jì)的六點(diǎn)支承電液式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)一樣,是國(guó)內(nèi)迄今為止采用電液式調(diào)平所能實(shí)現(xiàn)的最高精度。2.目前國(guó)內(nèi)裝備于軍隊(duì)的機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)都采用中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所提供的四點(diǎn)支承、機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，該系統(tǒng)調(diào)平精度為4分,調(diào)平時(shí)間小于120s。1.國(guó)外科研人員在上世紀(jì)六十年代就提出6自由度平臺(tái)調(diào)平方案,采用機(jī)電液一體化系統(tǒng),并結(jié)合模糊PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和自適應(yīng)控制等先進(jìn)的控制理論,使調(diào)平精度達(dá)到很高的水準(zhǔn)。2.俄羅斯、美國(guó)和英國(guó)等國(guó)家的導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)

6、以及防控火炮等系統(tǒng)都應(yīng)用了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),可在較短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)平任務(wù),具有較高的調(diào)平精度和可靠性。1.國(guó)外科研人員在上世紀(jì)六十年代就提出6自由度平臺(tái)調(diào)平方案,采用機(jī)電液一體化系統(tǒng),并結(jié)合模糊PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和自適應(yīng)控制等先進(jìn)的控制理論,使調(diào)平精度達(dá)到很高的水準(zhǔn)。2.俄羅斯、美國(guó)和英國(guó)等國(guó)家的導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)以及防控火炮等系統(tǒng)都應(yīng)用了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),可在較短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)平任務(wù),具有較高的調(diào)平精度和可靠性。1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第14研究所某高機(jī)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)采用的電液式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),可在3分鐘內(nèi)將平臺(tái)的精度調(diào)整到3分以內(nèi)，該系統(tǒng)和西安電子科技大學(xué)盛英、仇原鷹設(shè)計(jì)的六點(diǎn)支承電液式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)一樣,是國(guó)

7、內(nèi)迄今為止采用電液式調(diào)平所能實(shí)現(xiàn)的最高精度。2.目前國(guó)內(nèi)裝備于軍隊(duì)的機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)都采用中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所提供的四點(diǎn)支承、機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，該系統(tǒng)調(diào)平精度為4分,調(diào)平時(shí)間小于120s。國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)：總得發(fā)展趨勢(shì) 精 確 性 穩(wěn) 定 性 快 速 性 可操作性有待解決的技術(shù)難題進(jìn)一步提高調(diào)平精度虛腿問(wèn)題的解決提高調(diào)平速度使用力傳感器、優(yōu)化算法綜合運(yùn)用多種控制策略考略結(jié)構(gòu)變形、傳動(dòng)誤差、外界等因素盡可能地減小主要誤差源對(duì)調(diào)平精度的影響改進(jìn)算法及控制策略進(jìn)一步提高調(diào)平精度虛腿問(wèn)題的解決進(jìn)一步提高調(diào)平精度進(jìn)一步提高調(diào)平精度虛腿問(wèn)題的解決進(jìn)一步提高調(diào)平精度盡可能地減小主

8、要誤差源對(duì)調(diào)平精度的影響虛腿問(wèn)題的解決進(jìn)一步提高調(diào)平精度提高調(diào)平速度盡可能地減小主要誤差源對(duì)調(diào)平精度的影響虛腿問(wèn)題的解決進(jìn)一步提高調(diào)平精度所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 主要研究?jī)?nèi)容：主要研究?jī)?nèi)容：1. 多支腿柔性平臺(tái)最佳均勻支腿載荷快速調(diào)平方法研究多支腿柔性平臺(tái)最佳均勻支腿載荷快速調(diào)平方法研究2. 基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)研制基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)研制 3. 多支腿平臺(tái)快速調(diào)平試驗(yàn)研究多支腿平臺(tái)快速調(diào)平試驗(yàn)研究根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果不斷改進(jìn)控制算法，提高迭代收斂速度 以幾何調(diào)平與載荷調(diào)平為目標(biāo)，利用支撐剛度矩陣及靜態(tài)傳遞率矩陣建立同時(shí)解決參考點(diǎn)位移調(diào)平和支腿載荷最佳均勻分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)模

9、型根據(jù)調(diào)平模型和調(diào)平方法，研究控制策略 對(duì)機(jī)電部分進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)，搭建試驗(yàn)平臺(tái) 考慮支腿數(shù)、重心位置以及載荷大小等對(duì)調(diào)平結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，驗(yàn)證算法的可行性 所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 預(yù)期研究成果：預(yù)期研究成果：建立多支腿柔性平臺(tái)調(diào)平的數(shù)學(xué)模型和實(shí)現(xiàn)算法，同時(shí)解決幾何調(diào)平和支腿載荷均勻分配問(wèn)題； 研制基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)； 根據(jù)研究成果撰寫(xiě)12項(xiàng)實(shí)用新型或發(fā)明專(zhuān)利所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 擬采取的技術(shù)路線：擬采取的技術(shù)路線：機(jī)電部分零部件設(shè)計(jì)建立多支腿柔性平臺(tái)最佳均勻支腿載荷快速調(diào)平模型搭建基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)制定（修改）控制策略，對(duì)調(diào)平算法進(jìn)行編程，求得

10、各支腿伸縮量利用PWM模塊，對(duì)脈沖數(shù)定量控制，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)制定多支腿平臺(tái)快速調(diào)平試驗(yàn)方案并進(jìn)行試驗(yàn)未達(dá)到預(yù)定調(diào)平精度-迭代技術(shù)路線框圖技術(shù)路線框圖所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 擬采取的技術(shù)路線：擬采取的技術(shù)路線：1.最佳均勻支腿載荷快速調(diào)平方法研究與調(diào)平算法數(shù)學(xué)模型的建立 2、研制出基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)并搭建試驗(yàn)平臺(tái)所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 試驗(yàn)平臺(tái) 系統(tǒng)控制模塊 （單片機(jī)）人機(jī)交互界面系統(tǒng)接口模塊驅(qū)動(dòng)器1電機(jī)1驅(qū)動(dòng)器2電機(jī)2驅(qū)動(dòng)器3電機(jī)3驅(qū)動(dòng)器n電機(jī)n絲杠支腿1絲杠支腿2絲杠支腿3絲杠支腿n 車(chē) 載 平 臺(tái)平臺(tái) 傾 角各支腿載荷平臺(tái)基本數(shù)據(jù)調(diào)平控制策略所要研究的內(nèi)容及實(shí)

11、施方案 控制系統(tǒng)程序框圖3.進(jìn)行多支腿平臺(tái)快速調(diào)平試驗(yàn)研究 所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 擬采取的技術(shù)路線：擬采取的技術(shù)路線：進(jìn)行多支腿平臺(tái)快速調(diào)平試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行支腿數(shù)、重心位置以及載荷大小等對(duì)調(diào)平結(jié)果影響的試驗(yàn)，以驗(yàn)證算法和程序的可行性、正確性以及所研制系統(tǒng)的實(shí)用性 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不斷改進(jìn)控制算法，提高迭代收斂速度 國(guó)內(nèi)外學(xué)者及軍工行業(yè)已經(jīng)對(duì)車(chē)載平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行了比較深入的研究，有大量的文獻(xiàn)、技術(shù)資料可以參考； 通過(guò)查閱大量相關(guān)資料，掌握了一定的課題理論基礎(chǔ)； 可以通過(guò)查閱相關(guān)機(jī)械手冊(cè)對(duì)本系統(tǒng)機(jī)電傳動(dòng)部分各構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)； 導(dǎo)師在相關(guān)領(lǐng)域積累有豐富的經(jīng)驗(yàn)，其積累的成功經(jīng)驗(yàn)和

12、研究成果為開(kāi)展后續(xù)工作提供了有力的保證； 實(shí)驗(yàn)室擁有Ansys、Matlab、CodaWarrior、AutoCAD等軟件及相關(guān)硬件的支持. 所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 可行性分析：可行性分析：目前已完成的工作建立了多支腿柔性平臺(tái)最佳均勻支腿載荷快速調(diào)平模型已借助于Ansys和Matlab軟件對(duì)本課題所采取的調(diào)平數(shù) 學(xué)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期調(diào)平要求 利用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角定量控制、加減速（按鍵）控制以及正反轉(zhuǎn)（按鍵）控制初步制定出所要搭建的試驗(yàn)平臺(tái)的方案課題研究的 之處： 所要研究的內(nèi)容及實(shí)施方案 提出一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾何調(diào)平和支腿載荷調(diào)平的多支腿平臺(tái)調(diào)平方法創(chuàng)新利用支撐剛

13、度矩陣和靜態(tài)傳遞率矩陣來(lái)解決支腿載荷分配和幾何調(diào)平的問(wèn)題該調(diào)平方法不但可以保證各支腿載荷達(dá)到最優(yōu)分配，而且可以消除虛腿、平臺(tái)和支腿的變形對(duì)調(diào)平結(jié)果的影響在對(duì)各支腿進(jìn)行控制時(shí)，保證各支腿之間同步運(yùn)動(dòng)，提高了調(diào)平速度 設(shè)計(jì)出一種快速實(shí)現(xiàn)幾何調(diào)平和支腿載荷調(diào)平的控制策略 所建數(shù)學(xué)模型能精確計(jì)算到各支腿的伸縮量，用非常少的迭代次數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)平，并且將支腿之間的耦合影響與反復(fù)調(diào)平次數(shù)降到最小 工作量及工作進(jìn)度安排 起起 止止 日日 期期 課題階段工作進(jìn)程課題階段工作進(jìn)程 2015年2月 2015年3月-5月 2015年6月-7月 2015年8月 2015年9月 2015年10月-12月 2016年1月-5月

14、 2016年6月 通過(guò)與導(dǎo)師討論，了解課題背景，確定課題任務(wù)，進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)檢索，了解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；建立調(diào)平平臺(tái)的靜力學(xué)數(shù)學(xué)模型以及同時(shí)解決平臺(tái)調(diào)平和支腿載荷均勻分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，并利用Ansys和Matlab軟件對(duì)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證購(gòu)置所需的步進(jìn)電機(jī)及飛思卡爾單片機(jī)，并能利用PWM模塊對(duì)多各步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)動(dòng)控制；購(gòu)置搭建試驗(yàn)平臺(tái)所需的水平傾角傳感器及力傳感器，并利用單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換功能得到所需的傾角及壓力值；確定所研制的平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)機(jī)電傳動(dòng)部分各構(gòu)件（傳動(dòng)此輪、滾珠絲杠等）的尺寸并做出CAD圖，最后生產(chǎn)廠商加工定做，搭建基于單片機(jī)控制的多支腿調(diào)平系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)；

15、在CodaWarrior中對(duì)系統(tǒng)所采用的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并且對(duì)整個(gè)平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，已達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求；整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)課題研究?jī)?nèi)容，查漏補(bǔ)缺，撰寫(xiě)碩士論文；碩士論文答辯。參考文獻(xiàn)（部分） 國(guó)內(nèi)外主要參考文獻(xiàn)1 韓洋洋.冷發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)的調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究D.南京：南京理工大學(xué)，2013.2 葉康峰.重載、高精度平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)的研究D.重慶：重慶大學(xué)，2004.3 盛英，仇原鷹.六點(diǎn)支撐液壓式平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)J.液壓與氣動(dòng)，1999，（4）：24-26.4 Steward D.A Platform with Six Degrees of Freedo

16、m A .Proceeding of Institute of Mechanical Engineering， 1995，180(15):371-386.5 盛英，仇原鷹.6腿支撐液壓式平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平算法J.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,29（5）:593-597.6 M. Hay AND J.A. SNYMAN. The Determination of Nonconvex Workspaces of Generally Constrained Planar Stewart PlatformsJ. Computers and Mathematies with Applications40(2

17、000):1043-1060.7 褚新峰.車(chē)載雷達(dá)自動(dòng)調(diào)平與舉升系統(tǒng)初步研究D.武漢：華中科技大學(xué)，2007.8 倪江生，翟羽健.雷達(dá)天線車(chē)座調(diào)平問(wèn)題的研究J.測(cè)控技術(shù)，1994，13（4）:36-39.9 張芳.高精度平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)研究D.太原：中北大學(xué)，2008.10 凌軒，王旭東，陳賽克.雷達(dá)天線車(chē)液壓升降系統(tǒng)同步控制仿真研究J.機(jī)床與液壓，2013,41（8）：81-83.11 馮大成.某米波雷達(dá)天線車(chē)液壓起豎及調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究D.北京：北方工業(yè)大學(xué)，2010.12 韓宏川.車(chē)載雷達(dá)液壓調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.南昌：南昌大學(xué)，2012.13 翟羽健，倪江生.重型載體多點(diǎn)位自動(dòng)調(diào)平技術(shù)J.中國(guó)機(jī)械工程，1994，5( 5) ：62- 63.14 Y.X.su，B.Y.Duan，C.H.Zheng. Genetie design of kinematically optimal fine running Stewart Platform for large spherical radio telescopeJ.Mechatrionics，11(2001)：821-835.15 A. M. Hay AND J.A. SNYMAN. The Chord Method for the Determination of Nonconvex Work