基于六自由度平台的船载波浪补偿系统控制策略研究

黄贤明

(常熟理工学院电气与自动化工程学院, 江苏 苏州 215500)

并联机构具有承载能力高、刚度大、结构简单、稳定性好、精度高的优点,是船载稳定平台的理想支撑结构.国外对并联机构的研究与应用起步较早,文献[1]对单通道为直流电机的Stewart平台进行了详细的动力学分析,并采用PID控制器进行控制.荷兰代尔夫大学已经将Stewart并联机构成功应用到海上引桥装置中,以保证人员在海上钻井平台与船舶间的安全通行.近年来,国内研究也逐渐增多,文献[2]通过运动学反解将对平台的位姿控制转为对6个液压缸的控制,这种控制策略虽然简单,但无法克服机构误差与位姿扰动,仅适用于对精度要求不高的场合.文献[3]提出了半闭环和闭环两种位姿控制策略,但是对多自由度跟随效果表现不佳.本文针对双层Stewart平台的控制策略进行研究,应用半闭环控制策略的同时,为解决位姿扰动、机构误差等问题,提出一种基于交叉耦合控制思想的闭环控制策略,利用运动学反解和雅克比矩阵实现位姿闭环控制,有效提高了控制精度.

船载波浪补偿控制系统可以简化为图1所示的两级六自由度平台,包含基座、船舶运动模拟平台以及波浪补偿稳定平台.上方的六自由度平台为波浪补偿分系统,下方为船舶运动模拟分系统.

因为船舶运动模拟分系统对控制精度要求不高,采用基于铰点空间的半闭环控制策略一般足以满足需求[4].但是针对波浪补偿……