六自由度控制算法

六自由度運動平臺控制原理

六自由度運動平臺是由六個伺服電機帶動電動缸做伸縮變化運動，六個電動缸并聯(lián)設(shè)置共同驅(qū)動運動平臺。運動平臺的每個電動缸都能夠?qū)崿F(xiàn)空間中單獨的伸縮運動，因此控制系統(tǒng)通過對六個電動缸的伸縮量的控制，可以驅(qū)動上平臺完成空間中的六自由度運動，從而實現(xiàn)上平臺位姿的改變。六自由度分別指的是平臺沿著x、y、z 三個坐標軸的平移運動，以及繞三個坐標軸的φx、φy、φz旋轉(zhuǎn)運動。

根據(jù)六自由度平臺的運動狀態(tài)，計算出各電動缸的相應(yīng)位置和速度指令信號，從而控制運動平臺的動作，保證按照預(yù)定的軌跡運動；當(dāng)運動平臺到達要求的位置時，各電動缸的速度指令信號給定為零，運動平臺就立刻停下來，達到了點位控制的目的。

隨著技術(shù)日益發(fā)展，目前對六自由度運動平臺的控制精度、定位精度及動態(tài)響應(yīng)性能的要求越來越高，考慮到六自由度運動平臺對各個電動缸運動的準確和快速等要求，需要對各電動缸的速度和位移進行控制。在運動過程中，需要及時檢測各電動伺服缸的速度和位移信號，速度信號用于閉環(huán)控制時跟蹤速度的輸入，位移信號用于位置反饋和監(jiān)控，從而達到滿足運動平臺的位姿控制。

六自由度運動平臺功能設(shè)計

從控制角度看，六自由度運動平臺控制系統(tǒng)是一種電動伺服控制系統(tǒng)。要對其進行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計，就必須先明確該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性與工作原理，分析該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含的功能模塊。然后基于其功能需求，設(shè)計出整個系統(tǒng)所需的硬件模塊，畫出控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。而后對硬件部分和軟件部分分別進行設(shè)計和規(guī)劃，從而完成六自由度運動平臺控制系統(tǒng)的總體功能設(shè)計。

在實際控制過程中，主控單元需要頻繁地執(zhí)行正反解、軌跡規(guī)劃求解等計算任務(wù)，且這些任務(wù)的計算量都比較大。此外，完備的控制系統(tǒng)還應(yīng)包括人機交互、實時數(shù)據(jù)存儲等功能。

(1)位置控制：本文采用的控制方式主要是位置控制，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出指令時，平臺的六個電動缸能夠按照指令，在系統(tǒng)限定范圍內(nèi)進行伸縮運動，使運動平臺實現(xiàn)空間中六個自由度的目標運動。

(2)限位系統(tǒng)：當(dāng)六自由度運動平臺的某個電動缸超過其運動范圍時，必須有限位系統(tǒng)檢測到這一問題，即刻將限位信號反饋至上位控制系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出警報，并執(zhí)行相應(yīng)保護措施。

(3)伺服警報：當(dāng)六自由度運動平臺出現(xiàn)超載警報、電池警報、編碼器通信警報、振動檢測警報、散熱系統(tǒng)過熱警報等問題，系統(tǒng)會立即發(fā)出伺服警報，通過關(guān)閉伺服或指令脈沖禁止輸入等動作，將伺服電機關(guān)閉，及時地保護運動平臺。

(4)人機界面：控制系統(tǒng)需提供一個用戶使用的界面，操作簡明，方便控制，該界面應(yīng)包含：控制方案選擇、參數(shù)初始化、基本指令輸入輸出等；平臺的位置姿態(tài)和電動缸伸縮量、速度等反饋參量及其運動曲線的同步顯示；伺服控制系統(tǒng)當(dāng)前運行狀態(tài)等。

(5)急停裝置：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出嚴重故障問題警報時，若不能利用控制按鍵及時停止平臺的運動，可以通過急停裝置，直接切斷整個系統(tǒng)電源，令平臺立即停止運動，避免運動平臺受到碰撞損壞等嚴重事故的發(fā)生。

(6)尋零、定位：在人機界面上需要有控制按鍵，可以令平臺自動回歸到零

點位置，或定位到空間限定范圍內(nèi)的任一位置。

(7)自動檢測：系統(tǒng)通電之后，即刻開始檢測伺服控制系統(tǒng)各個構(gòu)成模塊是否正常運行，并將檢測結(jié)果及時向上位機反饋報告。