六自由度并联机构模态空间解耦控制

代小林， 宋世杰， 宫大为

(1. 电子科技大学 机械与电气工程学院，四川 成都 611731；2. 电子科技大学 机器人中心，四川 成都 611731)

六自由度并联机构具有刚度大、承载力强、动态响应性能好等优点，常用于飞行器模拟、六维力传感器及医疗辅助装置中[1-3]。六自由度并联机构是一个多输入多输出系统，各支腿通道之间存在强时变耦合，影响了该机构的控制精度及应用推广[4-5]。针对并联机构控制中存在的耦合问题，学者取得了一些研究成果，段宝岩等[6]设计了一种交互式比例-积分-微分监督控制器，该方法通过引入目标跟踪预测算法实现了解耦；Niu[7]针对六自由并联机构进行了模态前馈力解耦控制研究；王立平等[8]对并联机构的惯量耦合特性进行了研究；姜洪州等[9]以Stewart平台为研究对象，设计了一种模态动压反馈解耦控制策略；沈刚等[10]提出了一种基于逆模型前馈补偿的解耦控制策略，该方法通过将传递函数矩阵对角化实现了解耦；Gizatullin等[11]提出了一种自适应解耦控制方法，该方法将耦合力视为干扰力进行补偿来降低各自由度之间的耦合；Plummer等[12]针对飞行模拟器的控制提出了模态解耦控制策略；Lian等[13]设计了一种自组织模糊径向基函数神经网络控制器对耦合进行补偿。

本文以Stewart并联机构为对象，建立Stewart并联机构关节空间下的动力学方程和振动模型，推导其模态解耦矩阵并分析各自由度间的耦合特性，基于模态空间设计了计算力矩控制器并进行了仿真研究。……