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艦載穩(wěn)定平臺的主要作用是在波浪干擾環(huán)境下提供一個相對穩(wěn)定的工作條件，廣泛應用于海洋資源開采、艦載武器穩(wěn)瞄以及衛(wèi)星通信、艦載直升機起降等領域。艦載穩(wěn)定平臺無論是對經(jīng)濟發(fā)展還是軍事國防都有著深遠的意義。目前艦載穩(wěn)定平臺的主流結構還是基于陀螺儀的串聯(lián)轉臺，但是單獨使用這種結構的穩(wěn)定平臺最多補償三個自由度的擾動。而基于 Stewart 構型的并聯(lián)機構則具備空間六個自由度的運動，因此將其作為穩(wěn)定平臺在理論上是可以實現(xiàn)對擾動全補償?shù)?，本文所研究的艦載穩(wěn)定平臺正是基于這種構型的并聯(lián)機構。雖然六自由度穩(wěn)定平臺可以實現(xiàn)擾動全補償，但是在應用中仍然面臨著設計及控制等方面的技術難題。
本文首先對六自由度穩(wěn)定平臺的結構組成和工作原理進行說明，然后在定義了穩(wěn)定平臺坐標系的基礎上建立了包括位姿正、反解在內(nèi)的運動學模型，并建立了穩(wěn)定平臺的單剛體動力學模型。
為了最大化并聯(lián)機構的優(yōu)勢，本文采用液壓伺服作動器作為穩(wěn)定平臺的執(zhí)行機構。首先建立了閥控非對稱正、反向統(tǒng)一形式的動力機構數(shù)學模型，之后對動力機構的工作特性進行簡要分析。隨后采用動壓反饋和前饋補償環(huán)節(jié)對液壓單通道系統(tǒng)進行校正，意在盡可能提高系統(tǒng)的響應速度。另外，搭建了穩(wěn)定平臺系統(tǒng)的Simulink 和 ADAMS 聯(lián)合仿真模型，通過仿真驗證了前述模型的正確性。通過聯(lián)合仿真分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的響應滯后是影響穩(wěn)定平臺穩(wěn)定精度的主要因素之一。考慮到波浪影響下艦船的運動具有一定的可預測性，因此提出通過預測的方式來補償系統(tǒng)的滯后。本文采用的是基于時間序列的自回歸模型對艦船運動的趨勢進行預測，為了得到預報模型需要完成模型定階和模型參數(shù)辨識這兩個工作。模型定階采用的是 AIC 信息準則，該準則通過權衡模型的復雜程度和精確程度來確定模型的最佳階次。模型參數(shù)的辨識則采用以下兩種方法：一種是基于加權遞推
最小二乘的參數(shù)估計法;另一種是基于 Kalman 濾波估計原理的方法。通過仿真分析可以看出，通過這兩種參數(shù)估計法所確定的模型均能有效提高平臺的穩(wěn)定精度。其中后者由于加入了統(tǒng)計特征，因此其預測結果相對優(yōu)于前者。最后，本文通過試驗對所提出的預測補償控制算法進行了試驗驗證，試驗數(shù)據(jù)表明所采用的預測補償控制算法能夠有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，該預測補償控制算法具備一定的實用性。
關鍵詞：穩(wěn)定平臺;并聯(lián)機構;預測補償算法;時序預測
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