液压驱动冗余并联加载机构耦合特性分析和控制

(航空工业庆安集团有限公司， 陕西西安 710077)

引言

铰点空间控制方法因结构简单、容易实现的优点，被广泛应用于并联机构的运动控制[1-4]。然而并联加载机构常因其自身结构布置和试件特性的影响，机构各支链通道和各自由度间存在强动力学耦合，这种耦合作用随着并联机构的位姿变化而发生变化，控制器增益的调节会严重受到系统低阶模态的限制[5-6]。为降低耦合特性对系统控制性能的影响，动力学前馈控制、计算力矩控制和模态空间控制等基于动力学的控制方法[7-10]被提出，但由于动力学模型往往存在高度非线性和时变性，实际控制效果受到较大影响。基于运动学的交叉耦合控制方法[11]需要使用运动学正解，实时性要求高，且控制结构复杂，需调整的控制增益较多，实际应用较为困难。

本研究以9条液压缸驱动的六自由度冗余并联加载机构为对象，通过对加载机构耦合特性进行分析，提出一种空间转换控制方法，并仿真对比分析与采用传统铰点空间控制下系统的控制性能。此外，当并联机构采用冗余驱动时，运动控制还应考虑内力耦合问题，内力抑制方法[10，12]不作为本研究的研究范围。

1 机构描述

如图1所示，加载机构的下平台通过9条对称液压缸与加载框架底部相连，连接铰均为虎克铰。将外侧布置的6条液压缸，定义编号为1～6，内侧布置3条液压缸，定义编号为7～9，每条液压缸配有内置式LVDT位移传感器，且在活塞杆轴向前端安装有力传感器。……