并聯(lián)型六自由度運(yùn)動仿真系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于飛行器半實(shí)物仿真試驗(yàn)。當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)模擬飛行器位姿時，除了要求機(jī)構(gòu)具有較大的工作空間、較好的靈活度和較高的精度等特性外，還要求機(jī)構(gòu)具有較好的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能。對并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計是保證機(jī)構(gòu)具有較高動、靜態(tài)性能的重要手段，有重要的理論意義和工程價值。本文結(jié)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)在飛行器半實(shí)物仿真試驗(yàn)中應(yīng)用這一實(shí)際背景，對六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)速度特性、加速度特性及運(yùn)動響應(yīng)能力等動態(tài)特性優(yōu)化問

2、題進(jìn)行了深入研究，并完成了某型飛行模擬器綜合優(yōu)化設(shè)計。
　　根據(jù)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，給出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)動態(tài)指標(biāo)優(yōu)化研究的廣義數(shù)學(xué)描述，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　針對飛行器半實(shí)物仿真要求并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較高的速度特性逆向傳遞能力問題，首先，根據(jù)機(jī)構(gòu)單桿速度特性，建立了以雅可比矩陣無窮范數(shù)全工作空間最小為目標(biāo)函數(shù)的速度特性逆向優(yōu)化模型，給出了機(jī)構(gòu)單自由度運(yùn)動速度特性逆向優(yōu)化問題的解析解。

3、然后，提出了逆向速度橢球的概念，以雅可比矩陣譜范數(shù)全工作空間最小為目標(biāo)函數(shù)，建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)六自由度運(yùn)動速度特性逆向優(yōu)化模型，并完成了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明，基于矩陣譜范數(shù)得到的優(yōu)化機(jī)構(gòu)具有更合理的構(gòu)型、更高的靈活度。
　　針對飛行器半實(shí)物仿真要求并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較高的加速度特性逆向傳遞能力問題，首先，基于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)模型，以一、二階影響系數(shù)矩陣的廣義奇異值全局最小為目標(biāo)函數(shù)，建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)加速度特性逆向優(yōu)化模型；然后，基于機(jī)構(gòu)的動力

4、學(xué)模型，以連桿驅(qū)動力全局最小為目標(biāo)函數(shù)，完成了并聯(lián)機(jī)構(gòu)加速度特性的逆向優(yōu)化設(shè)計，并解決了影響系數(shù)矩陣優(yōu)化模型計算復(fù)雜、優(yōu)化效率低的問題。
　　針對飛行器半實(shí)物仿真要求并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的運(yùn)動響應(yīng)能力問題，提出了基于非線性靜態(tài)系統(tǒng)的廣義輸出頻率響應(yīng)函數(shù)對并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究的方法，分別對并聯(lián)機(jī)構(gòu)縱向運(yùn)動和特定二自由度運(yùn)動的位置正解進(jìn)行Volterra級數(shù)展開，分析了單入單出系統(tǒng)和二入二出系統(tǒng)的廣義輸出頻率響應(yīng)特性，根據(jù)系統(tǒng)能量傳遞特性

5、可由輸出幅頻函數(shù)完全描述的特點(diǎn)，建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)頻率特性優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述，并給出了優(yōu)化問題的解析解。
　　結(jié)合某型六自由度飛行模擬器優(yōu)化設(shè)計問題，綜合考慮速度特性和加速度特性逆向優(yōu)化指標(biāo)，建立了飛行模擬器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，采用改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，在得到最優(yōu)Pareto前沿解的基礎(chǔ)上，根據(jù)妥協(xié)指標(biāo)函數(shù)，在最優(yōu)Pareto前沿上進(jìn)行二次優(yōu)化，得到了優(yōu)化設(shè)計的妥協(xié)解。研究結(jié)果表明，基于多目標(biāo)優(yōu)化得到