开题报告预答辩

1、多支腿平台最佳均匀载荷调平方法与试验研究论文题目报 告 人：张 爽指导老师：刚宪约2015.01.16应用领域感性认识课题的来源及意义快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷大多数调平系统未将平台和支腿的结构变形考虑在内 研制出能够同时满足参考点位移调整要求和最佳均匀支腿载荷分配的调平系统成为迫切需求 虚腿问题难以解决课题来源意义本课题开展多支腿柔性平台最佳均匀支腿载荷快速调平方法的研究，并在此基础上进行基于单片机控制的多支腿调平试验系统的研制，解决虚腿以及平台几何调平与支腿

2、载荷不能兼顾的问题，这不仅在调平相关问题的解决上提供了一种全新的解决方法，而且对调平应用领域的拓展起到推动性的作用。 快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 大多数调平系统未将平台和支腿的结构变形考虑在内 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 虚

3、腿问题难以解决大多数调平系统未将平台和支腿的结构变形考虑在内 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 研制出能够同时满足参考点位移调整要求和最佳均匀支腿载荷分配的调平系统成为迫切需求 虚腿问题难以解决大多数调平系统未将平台和支腿的结构变形考虑在内 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 研制出能够同时满足参考点位移调整要求和最佳均匀支腿载荷分配的调平系统成为

4、迫切需求 虚腿问题难以解决大多数调平系统未将平台和支腿的结构变形考虑在内 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 研制出能够同时满足参考点位移调整要求和最佳均匀支腿载荷分配的调平系统成为迫切需求 虚腿问题难以解决大多数调平系统未将平台和支腿的结构变形考虑在内 追求调平精度和就位时间，而较少关注各支腿所受载荷快速性、机动性和可靠性就成为相关军事装备关键的作战技术要求 调平精度和就位时间是衡量车载平台性能的最重要的指标 国内外研究水平和发展趋势、国外研究现状、国内研究水平1.中国

5、电子科技集团公司第14研究所某高机动雷达平台采用的电液式自动调平系统,可在3分钟内将平台的精度调整到3分以内，该系统和西安电子科技大学盛英、仇原鹰设计的六点支承电液式自动调平系统一样,是国内迄今为止采用电液式调平所能实现的最高精度。2.目前国内装备于军队的机电式自动调平系统都采用中国电子科技集团第38研究所提供的四点支承、机电式自动调平系统，该系统调平精度为4分,调平时间小于120s。1.国外科研人员在上世纪六十年代就提出6自由度平台调平方案,采用机电液一体化系统,并结合模糊PID控制、神经网络控制和自适应控制等先进的控制理论,使调平精度达到很高的水准。2.俄罗斯、美国和英国等国家的导弹发射车

6、以及防控火炮等系统都应用了自动调平系统,可在较短时间内完成调平任务,具有较高的调平精度和可靠性。1.国外科研人员在上世纪六十年代就提出6自由度平台调平方案,采用机电液一体化系统,并结合模糊PID控制、神经网络控制和自适应控制等先进的控制理论,使调平精度达到很高的水准。2.俄罗斯、美国和英国等国家的导弹发射车以及防控火炮等系统都应用了自动调平系统,可在较短时间内完成调平任务,具有较高的调平精度和可靠性。1.中国电子科技集团公司第14研究所某高机动雷达平台采用的电液式自动调平系统,可在3分钟内将平台的精度调整到3分以内，该系统和西安电子科技大学盛英、仇原鹰设计的六点支承电液式自动调平系统一样,是国

7、内迄今为止采用电液式调平所能实现的最高精度。2.目前国内装备于军队的机电式自动调平系统都采用中国电子科技集团第38研究所提供的四点支承、机电式自动调平系统，该系统调平精度为4分,调平时间小于120s。国内外研究水平和发展趋势发展趋势：总得发展趋势 精 确 性 稳 定 性 快 速 性 可操作性有待解决的技术难题进一步提高调平精度虚腿问题的解决提高调平速度使用力传感器、优化算法综合运用多种控制策略考略结构变形、传动误差、外界等因素尽可能地减小主要误差源对调平精度的影响改进算法及控制策略进一步提高调平精度虚腿问题的解决进一步提高调平精度进一步提高调平精度虚腿问题的解决进一步提高调平精度尽可能地减小主

8、要误差源对调平精度的影响虚腿问题的解决进一步提高调平精度提高调平速度尽可能地减小主要误差源对调平精度的影响虚腿问题的解决进一步提高调平精度所要研究的内容及实施方案 主要研究内容：主要研究内容：1. 多支腿柔性平台最佳均匀支腿载荷快速调平方法研究多支腿柔性平台最佳均匀支腿载荷快速调平方法研究2. 基于单片机控制的多支腿调平试验系统研制基于单片机控制的多支腿调平试验系统研制 3. 多支腿平台快速调平试验研究多支腿平台快速调平试验研究根据试验结果不断改进控制算法，提高迭代收敛速度 以几何调平与载荷调平为目标，利用支撑刚度矩阵及静态传递率矩阵建立同时解决参考点位移调平和支腿载荷最佳均匀分配问题的数学模

9、型根据调平模型和调平方法，研究控制策略 对机电部分进行零部件设计，搭建试验平台 考虑支腿数、重心位置以及载荷大小等对调平结果的影响，设计试验方案，验证算法的可行性 所要研究的内容及实施方案 预期研究成果：预期研究成果：建立多支腿柔性平台调平的数学模型和实现算法，同时解决几何调平和支腿载荷均匀分配问题； 研制基于单片机控制的多支腿调平试验系统； 根据研究成果撰写12项实用新型或发明专利所要研究的内容及实施方案 拟采取的技术路线：拟采取的技术路线：机电部分零部件设计建立多支腿柔性平台最佳均匀支腿载荷快速调平模型搭建基于单片机控制的多支腿调平系统试验平台制定（修改）控制策略，对调平算法进行编程，求得

10、各支腿伸缩量利用PWM模块，对脉冲数定量控制，将旋转运动转变为直线运动制定多支腿平台快速调平试验方案并进行试验未达到预定调平精度-迭代技术路线框图技术路线框图所要研究的内容及实施方案 拟采取的技术路线：拟采取的技术路线：1.最佳均匀支腿载荷快速调平方法研究与调平算法数学模型的建立 2、研制出基于单片机控制的多支腿调平试验系统并搭建试验平台所要研究的内容及实施方案 试验平台 系统控制模块 （单片机）人机交互界面系统接口模块驱动器1电机1驱动器2电机2驱动器3电机3驱动器n电机n丝杠支腿1丝杠支腿2丝杠支腿3丝杠支腿n 车 载 平 台平台 倾 角各支腿载荷平台基本数据调平控制策略所要研究的内容及实

11、施方案 控制系统程序框图3.进行多支腿平台快速调平试验研究 所要研究的内容及实施方案 拟采取的技术路线：拟采取的技术路线：进行多支腿平台快速调平试验方案设计 根据试验设计方案，进行支腿数、重心位置以及载荷大小等对调平结果影响的试验，以验证算法和程序的可行性、正确性以及所研制系统的实用性 根据实验结果不断改进控制算法，提高迭代收敛速度 国内外学者及军工行业已经对车载平台自动调平系统进行了比较深入的研究，有大量的文献、技术资料可以参考； 通过查阅大量相关资料，掌握了一定的课题理论基础； 可以通过查阅相关机械手册对本系统机电传动部分各构件进行设计； 导师在相关领域积累有丰富的经验，其积累的成功经验和

12、研究成果为开展后续工作提供了有力的保证； 实验室拥有Ansys、Matlab、CodaWarrior、AutoCAD等软件及相关硬件的支持. 所要研究的内容及实施方案 可行性分析：可行性分析：目前已完成的工作建立了多支腿柔性平台最佳均匀支腿载荷快速调平模型已借助于Ansys和Matlab软件对本课题所采取的调平数 学模型的有效性进行验证，仿真结果达到预期调平要求 利用单片机对步进电机进行转角定量控制、加减速（按键）控制以及正反转（按键）控制初步制定出所要搭建的试验平台的方案课题研究的 之处： 所要研究的内容及实施方案 提出一种可以同时实现几何调平和支腿载荷调平的多支腿平台调平方法创新利用支撑刚

13、度矩阵和静态传递率矩阵来解决支腿载荷分配和几何调平的问题该调平方法不但可以保证各支腿载荷达到最优分配，而且可以消除虚腿、平台和支腿的变形对调平结果的影响在对各支腿进行控制时，保证各支腿之间同步运动，提高了调平速度 设计出一种快速实现几何调平和支腿载荷调平的控制策略 所建数学模型能精确计算到各支腿的伸缩量，用非常少的迭代次数实现调平，并且将支腿之间的耦合影响与反复调平次数降到最小 工作量及工作进度安排 起起 止止 日日 期期 课题阶段工作进程课题阶段工作进程 2015年2月 2015年3月-5月 2015年6月-7月 2015年8月 2015年9月 2015年10月-12月 2016年1月-5月

14、 2016年6月 通过与导师讨论，了解课题背景，确定课题任务，进行相关文献检索，了解国内外研究现状，撰写开题报告；建立调平平台的静力学数学模型以及同时解决平台调平和支腿载荷均匀分配问题的数学模型，并利用Ansys和Matlab软件对所建立的数学模型进行有效性验证购置所需的步进电机及飞思卡尔单片机，并能利用PWM模块对多各步进电机进行定量转动控制；购置搭建试验平台所需的水平倾角传感器及力传感器，并利用单片机的AD转换功能得到所需的倾角及压力值；确定所研制的平台调平系统机电传动部分各构件（传动此轮、滚珠丝杠等）的尺寸并做出CAD图，最后生产厂商加工定做，搭建基于单片机控制的多支腿调平系统试验平台；

15、在CodaWarrior中对系统所采用的数学模型进行编程，设计试验方案，并且对整个平台自动调平系统进行调试，已达到预期设计要求；整理试验数据，总结课题研究内容，查漏补缺，撰写硕士论文；硕士论文答辩。参考文献（部分） 国内外主要参考文献1 韩洋洋.冷发射装置结构动力学试验平台的调平系统设计与仿真研究D.南京：南京理工大学，2013.2 叶康峰.重载、高精度平台调平控制系统的研究D.重庆：重庆大学，2004.3 盛英，仇原鹰.六点支撑液压式平台自动调平系统J.液压与气动，1999，（4）：24-26.4 Steward D.A Platform with Six Degrees of Freedo

16、m A .Proceeding of Institute of Mechanical Engineering， 1995，180(15):371-386.5 盛英，仇原鹰.6腿支撑液压式平台自动调平算法J.西安电子科技大学学报，2002,29（5）:593-597.6 M. Hay AND J.A. SNYMAN. The Determination of Nonconvex Workspaces of Generally Constrained Planar Stewart PlatformsJ. Computers and Mathematies with Applications40(2

17、000):1043-1060.7 褚新峰.车载雷达自动调平与举升系统初步研究D.武汉：华中科技大学，2007.8 倪江生，翟羽健.雷达天线车座调平问题的研究J.测控技术，1994，13（4）:36-39.9 张芳.高精度平台调平控制系统研究D.太原：中北大学，2008.10 凌轩，王旭东，陈赛克.雷达天线车液压升降系统同步控制仿真研究J.机床与液压，2013,41（8）：81-83.11 冯大成.某米波雷达天线车液压起竖及调平系统的设计与研究D.北京：北方工业大学，2010.12 韩宏川.车载雷达液压调平系统设计D.南昌：南昌大学，2012.13 翟羽健，倪江生.重型载体多点位自动调平技术J.中国机械工程，1994，5( 5) ：62- 63.14 Y.X.su，B.Y.Duan，C.H.Zheng. Genetie design of kinematically optimal fine running Stewart Platform for large spherical radio telescopeJ.Mechatrionics，11(2001)：821-835.15 A. M. Hay AND J.A. SNYMAN. The Chord Method for the Determination of Nonconvex Work