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艦載穩(wěn)定平臺(tái)的主要作用是在波浪干擾環(huán)境下提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工作條件，廣泛應(yīng)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(jī)起降等領(lǐng)域。艦載穩(wěn)定平臺(tái)無論是對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是軍事國防都有著深遠(yuǎn)的意義。目前艦載穩(wěn)定平臺(tái)的主流結(jié)構(gòu)還是基于陀螺儀的串聯(lián)轉(zhuǎn)臺(tái)，但是單獨(dú)使用這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平臺(tái)最多補(bǔ)償三個(gè)自由度的擾動(dòng)。而基于 Stewart 構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)則具備空間六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，因此將其作為穩(wěn)定平臺(tái)在理論上是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)全補(bǔ)償?shù)?，本文所研究的艦載穩(wěn)定平臺(tái)正是基于這種構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。雖然六自由度穩(wěn)定平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)全補(bǔ)償，但是在應(yīng)用中仍然面臨著設(shè)計(jì)及控制等方面的技術(shù)難題。
本文首先對(duì)六自由度穩(wěn)定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理進(jìn)行說明，然后在定義了穩(wěn)定平臺(tái)坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上建立了包括位姿正、反解在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并建立了穩(wěn)定平臺(tái)的單剛體動(dòng)力學(xué)模型。
為了最大化并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢，本文采用液壓伺服作動(dòng)器作為穩(wěn)定平臺(tái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。首先建立了閥控非對(duì)稱正、反向統(tǒng)一形式的動(dòng)力機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，之后對(duì)動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工作特性進(jìn)行簡要分析。隨后采用動(dòng)壓反饋和前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)對(duì)液壓單通道系統(tǒng)進(jìn)行校正，意在盡可能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。另外，搭建了穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)的Simulink 和 ADAMS 聯(lián)合仿真模型，通過仿真驗(yàn)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(yīng)滯后是影響穩(wěn)定平臺(tái)穩(wěn)定精度的主要因素之一?？紤]到波浪影響下艦船的運(yùn)動(dòng)具有一定的可預(yù)測性，因此提出通過預(yù)測的方式來補(bǔ)償系統(tǒng)的滯后。本文采用的是基于時(shí)間序列的自回歸模型對(duì)艦船運(yùn)動(dòng)的趨勢進(jìn)行預(yù)測，為了得到預(yù)報(bào)模型需要完成模型定階和模型參數(shù)辨識(shí)這兩個(gè)工作。模型定階采用的是 AIC 信息準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則通過權(quán)衡模型的復(fù)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(shí)則采用以下兩種方法：一種是基于加權(quán)遞推
最小二乘的參數(shù)估計(jì)法;另一種是基于 Kalman 濾波估計(jì)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(jì)法所確定的模型均能有效提高平臺(tái)的穩(wěn)定精度。其中后者由于加入了統(tǒng)計(jì)特征，因此其預(yù)測結(jié)果相對(duì)優(yōu)于前者。最后，本文通過試驗(yàn)對(duì)所提出的預(yù)測補(bǔ)償控制算法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明所采用的預(yù)測補(bǔ)償控制算法能夠有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，該預(yù)測補(bǔ)償控制算法具備一定的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：穩(wěn)定平臺(tái);并聯(lián)機(jī)構(gòu);預(yù)測補(bǔ)償算法;時(shí)序預(yù)測
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