导读: 多缸液压圆锥破碎机是当前破碎机行业比较受关注的机型。如何选型合适的腔型？怎样才能获得更好的产品粒型呢？ 01腔型选择原则多缸圆锥破碎机腔型有短头型和标准型两种，两种腔

【正文】 并使用PID控制方法对控制系统进行建模。进行了运动学仿真，包括位置正解和反解，但是六自由度并联平台是一个高度复杂的、强耦合的、存
六自由度并联平台是一个空间并联运动机构，溢出影响大。但同时采用这种算法积分截断效
由于输出通道和执行装置具有信号锁存作用，此外，
手动/自动切换时冲击小，
增量式控制算法的优点在于:由于计算机输出的是增量，计算机输出的控制增量△u(k)
对应的是本次执行机构的位置增量，既可由式求出控制增量。确定kp,ki,kd,后，采用增量式P工D控制。因而出现了
增量式PID算法。会引起执行
机构位置的大幅度变化，如果计算机出现故障，
计算时要对e(k)进行累加，
这种算法有以下缺点，即:
可得离散PID表达式:
式中:；T为采样周期;k为采样序号，以矩
形法数值积分近似代替积分，
1位置式PID控制算法
按模拟PID控制算法，在计算机PIC控
制中，连续PID控制算法不能直接使用，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。减
少调节时间。在系统中引入一个有效的早期修正信号，
(3)微分环节:反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，积分作用越弱，积分作用的强弱取决
C2)积分环节:主要用于消除静差，控制器
PID控制器各校正环节的作用如下:
(1)比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，
图5.3模拟PID控制系统原理框图
PID控制器是一种线性控制器，控制器中常用的控制规律是PID控制‘似一叫系统原
理框图如图5.3所示。以此来达到位置的精确控制。将液
压机构的位置信息反馈给主控机，在液压机构的运动过程中，并按照设计的控
制规律来控制进入液压缸的液压油流量和方向，求得各个液压杆的
可以得到系统的闭环传递函数为:
图5.2单通道伺服系统的传递函数方块图
首先给主控机一个输入信号，可得并联运动平台单通道伺服系统的传递函数方块图，单位m2;为集中考虑作用在液压主动关节上的
等效干扰力。单位m3;为液压油的体积弹性模量，
式中:为总流量一压力系数，单位rad/s;Kv。当大于液压缸与负载的固有频率时它
可简化成惯性环节(为阀的时间常数)，单位rad/s。以上惯性环节可
式中:为阀的阻尼比;为阀的流量增益，单位rad/so
由于Wa远远大于伺服比例阀的固有频率，其传递函数为:
式中:Ka为放大器增益，其结构如图5.1所示。故只对其中一个通道进行传递函数
推导，且调速范围大。而且
液压传动系统的输出功率大，
图中间位置最大翻转曲线
图中间位置最大平移曲线
图中间位置最大转动曲线
第5章基于PID的系统控制
5.1液压伺服并联平台的动态模型
平台选用液压驱动方式，
为保持上动板与基座平行的前提下,分别定义1#和2#液压缸或2#和3#液压
缸的运动为移动±25ｍｍ(因初始位置为中间位置,液压缸行程为50ｍｍ),共分四
种情况仿真,得出其最大位移量,并绘制曲线。
仿真模块提供了位移运动和旋转运动两种运动方式,每种方式提供无驱动、
位移(角度)驱动、速度(角速度)驱动、加速度(角加速度)驱动等运动类型,根据不
同的运动类型,可定义为连续、步进函数、谐波函数、齿条和表达式等方式。
图液压缸运动副和运动驱动的定义
装配体设计中系统自动将最先导入的构件作为固定构件(先导入的基座为机
架),其后导入的构件均为可动构件,也可以手动进行修改,运动分析模块遵循这样
的原则。装配体直接应用于分析模块,分析模块会根据零件间的装配关
系而赋予零件间以恰当的运动副,表征运动关系。
运动仿真是在成功建立了其装配模型的基础上,通过定义静止部件、运动部
件,并为在各起始运动件上定义驱动电机、选择连接轴和运动方向、设定运动初
始条件或参数等一系列操作来实现。正确地选择并使用约束类型和连接形式,对能否成功地
实现机构的虚拟装配与运动仿真至关重要。
六自由度液压平台的装配设计较为复杂,包含万向节的装配、液压缸的装配、
力传感器的装配、位移传感器的装配等,因零件较多,为方便装配,采用自底而上的
利用ＳＷ软件的零件建模模块(Ｐａｒｔｓ)生成六自由度液压平台各零件
的三维模型,其中平台的基座、上平台与液压缸联接用万向节的联接座,设计比较
复杂和困难,因其接触配合面为一空间面,与坐标平面无任何位置关系,又要保证
下动板处于中间位置时,液压缸和两侧的万向节的4个叉形接头轴线重合,并要保
证与基座相接的万向节回转中心分布在直径600ｍｍ的圆上,与下动板相接的万
向节回转中心分布在直径300ｍｍ的圆上,万向节两两成对,共3对,每对回转中心
间距80ｍｍ,圆周分布。在建模过程中,一定要充分利用各零部件之
间的位置关系和连接关系,选择合适的草绘平面、参照平面及特征的生成方式,即
通过合理地设定各零件之间的父子关系,以尽量减少部件上的定位尺寸,提高设计
效率。Solidworks是非常有效的三维设计软件,利用软件进行实体建模十分方便。
并且能够对运动状态进行仿真,检查机构设计的合理性等,对实际样机的设计具有
重要的参考和指导价值。依托ＳＷ
强大的运动分析功能,能精确地对研究对象进行空间运动位置及运动参数的计算,
并可以得出漂亮的虚拟现实的动画演示,能够很好地解决复杂机构的运动规律问
对六自由度液压平台进行建模和运动分析,必须以三维实体为基础,合理选择运动
副和定义连杆的运动驱动,从而实现六自由度液压平台的正确运动仿真。上、下铰接点之
间的距离和上平台端铰接元件的分布圆之间的关系满足:另外,为了
保证铰接元件运动副运动空间的充分利用,采用支座设计使铰接元件在液压缸的
中间工作位置时处在原始状态(即铰接元件的轴线重合状态)。这样,在支路上,上、下万向节各有2个转动
的自由度,液压缸伸缩有1个移动自由度,缺少的1个转动自由度由液压缸和液压
活塞杆的相对转动实现。它
把振荡器、相敏解调器与差动变压器封装在一起,只需提供稳定的直流电源,就能
获得与位移量成线性关系的直流电压输出。从模仿人肌肉的角度
出发,为体现机构、检测一体化的思想,将力传感器分别集成在液压平台的2个平
台间的6个液压缸的缸杆上,用6个一维拉、压传感器检测1个六维力。上平台为可动平台台,采用6根变长杆机构驱动。
液压平台的基本结构设计
液压六自由度运动平台本体结构包括上、下平台,变长杆系统,链接上、下平台和
变长杆的铰接元件,力传感元件,位移传感元件等,如图所示。仿真
模型的建立和模拟现实条件是虚拟样机的重要基础。姿态变化幅度可设定。误差积累小，可达10T以上，系统的动态响应较快，使整
个平台抗外负载干扰的能力明显增强，六套液压缸并联的多支
为0.5MPa，干扰液压系统的正常下，总装机功率
5)伺服阀流量确定和选型
如果设定每个缸的最大速度为m/s则通过阀的流量为q=50x30x60=90
考虑到在使用过程中压力和速度不会同时达到最大值，选择电动机
根据恒压变量泵的驱动功率:
选用电子比例控制的压力流量复合控制泵，最高压力32MPa能满足伸用要求。选择电磁溢流阀型号:DBW16A}30/315UG24,阀的最大流量200
根据变量泵的流量，驱动泵的
2)液压泵的流量计算及液压泵的选型
设计条件:按系统六缸同时动作时，活塞杆直径d为56mm，考虑到经济及维护保养性，实现
台体6个自由度的独立和联合运动。用
单出杆的电液伺服阀控缸作为动力机构，模拟实际环境。构成闭环控制，驱动相应的伺
服阀产生与之对应的压力流量(液压放大)，与
各自的传感器反馈回来的信号比较后，
液压系统工作原理和组成示意图如图所示。具有管件少、结
构紧凑、组装方便、外观整齐美观、油路通路短，将油路直接做在辅助连接件上或液压阀的阀体上，它主要由各种控制阀、
恒压变量泵、电机、蓄能器、冷却装置和油箱等组成，是整个系统的主要动力源，液压泵站是动力系统的主要部件，由于液压伺服系统具有结构简洁、空
间占用面积小、驱动力大、控制精度高、反应速度快等优点，延长变量泵的使用寿命。液压泵的进口过滤器可以防止油污进入液压泵，并可以和恒压变量泵一起给伺服系统提供稳定的供油压力，液
压能源的压力是由变量泵调定，液压泵输出的压力油分成六路，并通过电液伺服阀控制运动平台的速度和位置，
液压系统的能源是来自于液压泵站的恒压式变量泵，对油液的清洁度要求很高，所以伺服控制系统在航空、
航天、轧钢设备以及试验设备中得到了广泛的使用，由于
伺服阀的快速响应速度快，可以大大的简化了液压控制系统。分别对应于被控对象的无限种运动状态。使输出的流量和压力能连续成正比地进行控制。
电液比例控制系统是指在液压传动控制过程中，也可以
实现程序的自动控制，此外，避免使用价格昂贵的数模转换元
件，不存在系统不稳定的现象。从而实现对受控对象的预定顺序和要求
动作的控制。则必须要求有足够多的控制元件，也就是开启和关闭两种
状态。三个控制系统的主要区别在于其控制精度水平上。本文研
究的平台液压系统采用阀控液压缸的控制方式。压力取决于负载。从而改变执行机构的运动速度。用伺服变量泵给执行元件供油，
2、泵控系统，通常为恒压油源供油。用控制阀来控制液压油流入执行机构的
液压控制系统的控制方式主要分为两大类：
1、阀控系统，蓄能器一方面可以消除压力波动，因此，当系统需要的流量变化较大时，适用于高压、大功率、大流量、间歇工作的系统。在本文中选用的是恒压式变量泵作为液压系统动力
机构，由于并联机构所需的功率
比较大，整个液压系统由液压泵站、油路、电液伺
服阀、电液伺服控制器和液压缸和位移传感器等组成。通过六个液压缸的来回协调伸缩运

第3章六自由度平台控制系统设计
运动平台的液压系统简介
对六自由度运动平台的液压伺服系统进行建模是本文研究的重点，
与液压驱动的条件符合。精度高，
从上述分析可知，采用液压系统的集成回路可以将系统设计得较为紧凑，同时，另外液压系统
的刚度比较大，实现系统的自冷却，油液对运动部件可以起到润滑作用，性能要优于电机。调速范围宽，并且液压传动系统的输出功率大，电动机的重量和体积会很庞大。电机传动在高速、精度、小型化、节能等方面更能满足工
业机器人的需要。加、减速性能好的机器人系统，
电机系统起动容易，但在能够满足精度要求的场合下，由于空气的可压缩性，
气动驱动是最简单的一种方式，它的任何运动都是由六个单自由度运动(三
个平动和三个转动)组合形成的,也就是由六个杆件的不同位移组合而成的,两
者存在一一对应关系,也可以根据这个关系就可以找出运动平台的运动极限范
六自由度并联机构驱动方式
机器人的驱动可分为电机驱动、气动驱动和液压驱动，可达空间边界的判断依据包括：运动杆件位移的
上下限制、铰链关节转角的极限和运动杆件间的干涉三个方面。一般都会设有缓冲装置的保护,
损伤较小,所以一般把运动杆件的位移极限位置看成是平台的运动极限位置。发生事故，
当运动铰链转角超过极限范围或运动杆件间发生干涉，到目前为止还没有得出一个非常完善的求解方法，
并联机构的工作空间范围求解过程非常复杂的，一般来说，
影响工作空间大小的主要因素有：并联机构的动、静平台半径大小，包括动平台可能到达的所有空间
点，为了保证运动杆件不发生干涉，它在没有考虑并联机构的姿态的情况下取得的。
（2）可达工作空间是指并联机构在满足各种约束条件的情况下，平台一般不能绕某一个空间旋转360度，对于并联运动平台
把工作空间分为灵活工作空间和可达工作空间两种：
（1）灵活工作空间是指并联机构上的某一个参考点可以从沿任意方向到达
该点的点的集合，这样才能避免事故的发生。特别是当并联机构应用于并联机床时，
六自由度运动平台的工作空间
工作空间就是并联运动机构的工作区域，
借助于计算机的强大计算功能,会发现利用此种迭代法可以对所要分析位姿
无限小的逼近其精度。当达到规定的精度就会停止迭代,如果迭代时发生
收敛，下面介绍一种位姿的正解问题有效数值法,该数值法是参照求解含
多个未知数的非线性方程组称为Newton迭代法,它的特点是收敛速度快。
第三：位置正解算法。那么求解
出六个缸的空间长度Li为：
上式就是六自由度并联机构采用的位置反解方程,当机构的尺寸、动感平台的位
姿已知后，因此旋转变化矩阵
把矩阵[T]导入转换公式，同理可由
对上面的三个变换公式进行合并,可得:
在没有平移而只有旋转的前提下,由上面旋转变换的过程可以获得,
可由取代，则的关系变换如下：
依照本研究对欧拉角的定义,如图所示,分别建立4个子坐标系
而且矩阵[T]并不是已知的，由上面
所描述的分解运动,则下面就是静态坐标和动态坐标之间的
上式中i可取1~6中任意一整数，根据数学知识计算空间坐标系里两点的距
离便能得出L1、L2…L6。下平台6个铰点的静
坐标分别记录为：那么上平台6
个铰点a1,a2…a6的动坐标分别记录且作为
已知，为了不发生角度之间的相互耦合,通常对刚体发生
的旋转姿态由欧拉角来进行描述,另外不同的旋转次序也会产生不同的欧拉角规
而言之,如果机构的尺寸大小、上平台的具体位姿参数告诉后,就能把位置反解方
程推导出来,最终实现控制平台的空间姿态。在现实的应用中,六自由度平台的6个空
间位姿参数X,Y,Z,α,β,γ往往是提供的,要控制平台就需要求出六根液压缸的位
第二：位置反解算法。众多研究经验表明分析串联机构的位置关系时,正解算法求解容
易、反解算法复杂度很高,然而推导并联式机构存在的位置关系时,反解算法相对
正解算法来讲要相对容易。分别与
下平台的OX轴、OY轴两两平行
图六自由度平台二维平面图
平台的输入构件与输出构件之间存在坐标转换关系—平台位置坐标的分析,
分别是位置正解、位置反解。即六组驱动杆的位移均
为零时或者在平台处于平衡位置时，在上平台平
面内有两个轴分别为O'X'轴和O'Y’轴。中心点以就是上动平台的原点，OX轴、OY轴分别在下平台的平面内。坐标原点O视作为基座下平台静坐标系O-XYZ的中心点，
第一：建立位置坐标系。将以上数据代入公式得：
所以可知Stewart平台的自由度数为6，m为运动副总数，
圆柱副限制的自由度为4，运动副数
m=18，因此,对其自由度、运动学分析及工作空间解析作下介绍。也有并联机器人广阔的用

第2章六自由度平台工作原理及分析
典型的Stewart结构形式的平台的6个液压缸在其轴向的驱动下能使上平台
在空间里完成六个自由度方向(X轴,Y轴,Z轴,绕X轴转动a角,绕Y轴转动刀角,
绕Z轴转动/角)的运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态。同
样在相对困难的地下工程领域，在航
由度并联对接机构能够完成对正抓取、柔性连接及锁紧等一系列对接动作，在航空领域，图所示为医用机器人。同样运
用并联机器人位置精度高、力控制性能好等优点，
基于六自由度并联机器人的精密定位机构有运动构件惯量小、结构紧凑、刚度高、
动态特性好及无累积误差等特点，微动精密定位机构是又一个迅速
发展并付诸产业的实用产品，
(4)微动精密定位机构。并联机床结构简单、传动链极短、质量轻、刚度
大、切削效率高、成本低，被称为虚拟轴机床，
(3)并联机床。汽车驾驶模拟器;娱乐运动模拟台等。如飞行员三维空间驾驶模拟器，使运动模拟更加逼近真实感觉。六自由度并联机器人是模拟器的最重要载体，如可应用于食品、药物以及化妆品的包装和电子类产品的装
配;还可用于短距离重物搬运与大扭矩螺栓紧固等工业领域。根据末端执行器功用的不同，
为了对并联机器人的结构特点更加清晰地说明，并联式容易实现，多自由度机构运动过程中，正解困难，反解非常困难，其各向同性好;
(5)在运动学分析方面，不存在如此的误差积累和放大关系，因此误差大而精度
小了运动负荷，动力性能恶化，且承载能力大;
(2)串联式机器人的传动系统及驱动电动机大都固定在运动的大小臂上，结构稳定，六个自由度方向上的位姿运动包括沿三个坐标轴的线性移动和绕三个
图六自由度系统平台简图
并联机构有其独特的优点:
(1)同串联机构的悬臂梁比较，相对于固定下平台，因而六个伺服驱动缸均可独立地伸缩。如图所示。以及这些自由度的复合运动。它通过改变六个可以伸缩的作动筒来实现平台
的空间六自由度运动（垂直向、横向、纵向、俯仰、滚转、摇摆），六个可
伸缩的杆件和12个运动铰链将杆件和上、下平台连接而构成的一个并联式运动
六自由度运动平台是用于飞行器、运动器（如飞机、车辆）模拟训练的动感
模拟装置，它由一个上平台（动平台），
机电控制系统原理与设计
题目:基于六自由度液压平台设计
专业班级：机械工程（04）班
第1章六自由度平台的简介和应用
六自由度运动平台是由1965年德国结构工程师Stewart发明研制的，所以
也叫Stewart平台。一个下平台（静平台），是一种并联运动机构，即X、Y、Z
方向的平移和绕X、Y、Z轴的旋转运动，
六自由度平台的结构与特点
六自由度平台由下平台(固定底座)、运动平台、虎克铰（或球铰）和六个作
动器组成，伺服驱动缸通过虎克铰以并联的形式将固定底座和运
动平台连接起来，通过六个伺服缸的协调
伸缩，运动上平台就可以灵活实现空间六个自由度方向上的
位姿运动。六自由并联机构的运动平台由6个作动器同
致系统惯性增加，而并联式则可将驱动电机置于固定底座上，动力性能较好;
(3)串联机构的误差是相关运动关节误差的积累和放大，而并联机构则误差趋向平均化，因而误
(4)并联式机器人组成结构往往为对称式，串联机构正解容易，而并联机构则
与之相反，反解容易。需要进行实时反解
运算，而串联式却十分不易。将并联机器人和串联机器
表并联机构与串联机构比较表
比较项目串联机构并联机构
六自由度并联平台的应用方向
目前六自由度并联平台已广泛应用于训练模拟驾驶、运动仿真、工业生产空
间、飞行器对接机构及其地面试验设备、卫星天线换向装置、海军舰船观测台以
及天空望远镜跟踪定位系统等场合。可以把并联机
器人的应用方向分为如下几类:
(2)运动模拟器。它能提供运
动过程中的振动冲击及过载动感等运动感觉，运
动模拟器现己广泛运用于各个领域，船舶摇摆模
拟台，如图所示。并联机器人作为数控加工中心，是在工
业上一个特别突出的重要应用。并且能完成复杂三维曲面的加工。继并联机床之后，主要应用领域有精加工、航空航天和医疗手术等。从而其具有较高的可靠性和可重复性。相关科研机构已经研制出多种
用于手术辅助治疗的医用设备。
(5)操作器。并联机器人可应用于太空飞船的对接装置。能够
满足飞船常用对接机构的捕获环在空间六自由度上的灵活运动的技术要求。遇难潜艇救援时也可以运用并联机构来完成救援装备与潜艇的对接。如煤矿开采、土方等，且平台从机构学上来
讲,理论分析计算方面己经很详实,和并联机床、并联机器人、各种模拟仿真器等
由图我们可以看出六自由度运动平台的运动构件数n=13，其中有12个万向节铰链、6个圆柱副（万向节限制的自由度数为4，所以该平台的自由度数计算公式如下：
式子中：n为活动构件总数，pi为第i个运动副的限制自由
度数。也就是说Stewart平台可以模拟空
间的任意运动。根据平台的二维平面图建立图所示上下平台的
平台垂直，在上动平台上标记动坐标系
O'一X'Y'Z'，上平台被O'Z'轴垂直，在初始条件下，动坐标系里的O'X‘轴与O'Y‘轴，理解这两种位置求解算法是对平台运动姿态进行控
制的充分条件。因此,我们对并联式平台的位置反解算法作了详细介
绍,对正解算法进行相对简略的分析。根据输出构件各种已知的位置与姿态,对输入构件的
位置进行反解过程—机构的位置反解。,这就是事先知道输出量求解输入量,属于位置反解推导。
在图中建立一种欧拉角坐标系,并且在上、下平台里分别创建动态与静态
坐标系O’-X’Y’Z’和O-XYZ,所以上平台的运动可以看作两部分组成,即O’-
X’Y’Z’坐标的原点O’在O-XYZ三个坐标轴(X、Y、Z)方向上发生的平移,还有绕
坐标轴发生(α,β,γ)的旋转。本研究中把欧拉角作如下规定：绕Z’轴方向发生旋转γ角,绕Y’轴方向发生
旋转β角,绕X’轴方向发生旋转α角。容易求出相应的姿态参数X,Y,Z,α,β,γ的上平台6个铰点的静坐标
取Al与al作为例子分析求解与其相连接的液压缸的位移长度为Ll。[T]是α,β,γ三个参数的构造的旋转矩阵，接下来求解出旋转矩阵。第一步绕着Z轴转过γ角度，其变换关系为：
绕x’’轴旋转α角度，两者都是静坐标，两者都是动作标，求解出ai在静坐标下的坐标，就能利用上式求出6个杆子的实际长度。正解是指根据每个液压缸的长度为l*,求解上平台的
依照机构的具体位置反解的方程,求得变换关系式:
式中:J称为雅克比矩阵：
为动平台位姿的一阶导；
把式(2一12)的两边一起乘上dt,然后用△1表示杆长变化的增量,最后由△x
表示动平台位姿的增加量,关系式为
上式（2-13）也可以表达为：
其中x*为近似值,将x'用代替,可得Newton迭代公式:
上式`是迭代的次数，那么就会收敛向x*。此外,为了改善Stewart类型的平台正解的实用性与工程性,
工程项目中一般利用Newton迭代法外接传感器法两者结合六自由度并联结构的
混合型正解方法,并且在精度要求不是十分严格的情况下,此方法方便、使用。它是衡量并联机构性能的一个重要
指标。必须严格准确地计算出其工作空间
范围，根据并联机构工作位置和姿态特点，灵活工作空间是完全工作空间的一个子集。由于受到机构条件的约束，所
以说并联运动平台一般是没有灵活工作空间的。可以到达
运动平台在运动的过程中，我们在设计平台
时就必须首先计算出运动平台的完全可达空间，以此作为机构设计的依据。运动铰
链的运动角度范围、中位高度、运动杆件行程、运动杆件自身体积等。
并联运动平台的工作空间都比较小。其很大程度上取决于对平台
机构的位置解答的研究成果，
现在采用的并联平台工作空间的计算方法主要有解析法、数值法和几何法。机构就会产生破坏性
损坏，但运动杆件位移到达极限前，通
常用的计算方法是根据杆件的位移范围搜索出工作空间边界,然后再进行铰链
关节转角和杆件间干涉的校验。
对于六自由度并联运动平台，每种驱动方式都有
各自的优缺点和应用范围。工作介质是高压空气，
实现精确控制较困难，气动驱动的方式是质量
最轻、成本最低的。可以设计成转动惯量小，
因而在轻载的情况下，但是要得到大功率的输出，
液压驱动能够提供精确的直线运动，有较
高的精度和响应速度，在低速范围内，液压系统
以液压油为工作介质，并通过油液的流动将
一部分热量带走，可延长元件和系统的寿命。有利于闭环系统的精确定位。由于液压系统的功率体积比
大，以减少系统所占用的
空间。并联机构响应快速，通常应用于负载大的场合，本文所研究的六自由度并联机构也正是基于液压驱动的
并联运动平台液压系统是由液压缸驱动的，实现动动平台的六个自由度运动，
液压伺服控制系统的动力机构主要有以下三种方式：定量泵－溢流阀恒压能
源、定量泵－蓄能器－卸荷阀能源和恒压变量泵能源。并从节能角度考虑，它的优点是效率高，它
的缺点是恒压式变量泵的调节速度较慢，可能会
因为泵来不及调节而引起压力的突变，这种能源机构常常与蓄能器同时使
用，另一方面可以适应短期的流量峰值。也称节流控制系统。从而改变执行机构的运动速度，这种控制方式有阀
控液压缸和阀控液压马达。也称容积控制系统。通过改
变泵的排量来控制流入执行机构的流量，在泵控
系统中，这类控制方式有泵控液压缸和泵控液压马达，
而液压控制系统主要可以分为：液压开关控制系统、电液伺服控制系统和电
液比例控制系统三大类，
液压开关控制系统中的控制元件只有两种工作状态，若要实现对复杂系统的高质量的控制，
把各个控制元件调整成某一特定的状态，开关元件简单、工作可靠，可以利用计
算机放大输出数字信号来驱动开关元件动作，从而使控制系统变得更加简单。开关控制可以实现手动控制，所以开关控制系统一般主要应用在一些控制质量要求不
高、控制动作比较简单的场合。通过接受模拟信号或数字信
号，电液比例控制系统中的主控
元件可以有无限种状态，系统可以将几
个比例元件代替复杂的开关控制系统，
电液伺服控制系统是使伺服阀的输出量正比于输入的控制电流或电压。并且具有很高的控制精度，但是伺服控制的伺服元件制
造成本非常昂贵，系统的能耗也很大。该泵驱动支撑动平台的
六个液压缸运动，以实现六个自
由度的运动。经过电液伺服阀后进入液压缸。蓄能器的作用是作应急动力源和消除压力脉动的
制系统的高性能。对液压泵起到
动力系统为模拟平台的运动提供能源，因此平台的运动通
过液压控制来实现。主要作用是给系统提供压
力油，同时兼具控制调解功能，结构方面采用块式集成布
置方式，借助连接件及其油路
孔道实现液压控制阀及其它元件和管路的集成连接和油路连接，不易泄漏、维修方便等优点。工作原理:控制及监控系统
分别向六组模拟驱动系统的伺服阀对应的发出横摇、纵摇和纵荡等六组信号，其差值经伺服放大器放大，使伺服缸的输出与输人信号成比例;
同时伺服缸的传感器将输出反馈到输人端，6组液压伺服系统同
时推动模拟平台做各种摇摆，该系统采用分布式计算机控制，通过计算机由软件进行解藕运算，
1)液压缸活塞缸内径D设计
依据上述计算得出:液压缸直径D为80mm，选
用标准系列的液压缸活塞缸，可满足使用性能要求。其平均速度v按200mm/s进行计算，选用两台某公司生产的斜盘式柱塞泵，型号
4)计算液压泵的驱动功率，系统的压力和流量与负载适应，选取电机的功率为分别为
机驱动，功率分别为55kW,45kW，所以选伺服阀、压力继电器)产生误动作，影响
液压系统的工作稳定性和可靠性;同时液压冲阀作的额定流量为80L/min，选用型号SFL223,额定压力21MPa,阀芯直径9.4mm，
该六自由平台采用上述设计的液压伺服控制系统，实现横摇、纵摇、舶摇、垂荡、横荡、纵荡动作独立和组合运行，刚度好，承载能力
大，给平台总体误差的影响不会是一般串联式机构难以避免的
叠加累积式的，精度较高，
第4章基于Solidworks虚拟样机建模与仿真
虚拟样机技术是建造物理样机前对设计对象在计算机上建立的虚拟模型机,
利用其完成设计对象功能的可行性及其工作性能的分析,更好地理解系统的运动
特性、动力特性,比较设计方案,优化设计,提高产品质量和机械设计效率等。笔者设计的六自由度液压平
台因其自由度较多,正过程的运动仿真比较困难,进行运动逆过程的仿真,即给定
末部执行器的运动轨迹或运动参数,来研究各驱动液压缸的运动参数和特性,包括
平台的建模、仿真运动过程、极限位置、最大运动量、干涉等。
六自由度液压平台装配模型
下平台为固定平台，6根变
长支杆采用铰接在上、下平台之间的液压缸进行运动驱动。
位移检测元件位移传感器选用ＦＸ-11型直流差动变压器式位移传感器。
铰接元件,采用万向节铰接设计。按照上面的设计原则,采用的结构尺寸：上、下铰接元
件的分布圆半径分别为上平台半径ｒａ=300ｍｍ,下平台半径ｒｂ=600ｍｍ,液
压缸行程为60ｍｍ,上、下平台的初始位置高度为h=，
ＳＷ是美国Solidworks公司生产的完全基于ＮＴ/Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的集
三维机械设计(ＣＡＤ)、机构运动仿真分析和结构有限元分析(ＣＡＥ)、计算机
辅助制造(ＣＡＭ)、大型企业管理(ＰＤＭ)等各种功能为一体的软件。同其它
方法相比,该方法可以很容易解决看起来很复杂的机构系统仿真问题。通过建立虚拟仿真环境进行仿真试验研究,可以降低实验成本,提高实验效率。
机构设计是和造型设计合为一体的,所以必须在零件模式下绘出零件的立体模
据部件的形状和尺寸,在Solidworks软件的零件模块中利用拉伸、旋转、扫描等
特征创建方式建立各个零件的模型。这里不做具体分析,主要零部件的建模结构如图3所示。所以要经过精确空间位置计算,利用构建辅助线、辅助面、
拉伸等方法完成建模。在具体操作中,应该根据机构的运动特点选择合适的连接形式,并对运
动元件进行适当的约束。
为了便于运动分析,按照运动特点进行部件装配,即按照部件的运动关系进行
分组,如液压缸体和位移传感器装配为一体,而力传感器和液压缸的活塞杆、位移
传感器的拉杆装配为一体,万向节和锁紧螺母装配为一体等。打开设计树右侧的齿轮标文件夹即为运动分
析模块(ＣｏｓｍｏｓＭｏｔｉｏｎ),它内置于ＳＷ,使用ＡＤＡＭＳ/ＳＯＬＶＥ
Ｒ求解器,能对机构进行静力学和运动学分析,包括运动极限位置分析、干涉分析、
轨迹跟踪、测量、图表、动画生成,以及为ＡＤＡＭＳ及其它大型分析软件输出
三维设计文件等。如液压缸连接的螺纹,根据装配
关系会转化成转动副,实际机构中是不运动的,即转化的运动副多数不符合要求,
因而仿真前不必改变装配关系,直接在分析模块中将转化的运动副去掉,再根据需
要重新定义。这样根据需要将各零件间赋予不同的运动副,如缸体螺纹连接处及螺纹
固定处赋予固定副(Ｆｉｘｅｄ),万向节叉形接头与基座、下动板支座、缸体、力
传感器间的连接为转动副(Ｒｅｖｏｌｕｔｅ),活塞杆与缸体、位移传感器测杆与
主体间为圆柱副(Ｃｙ-ｌｉｎｄｒｉｃａｌ)等定义整个平台。而
六自由度液压平台的运动包括滚动、仰俯、转动和3个平移运动,可根据运动形
式的不同给出不同的驱动方式。如图所示,分别是以中间位置为
基础的最大翻转角度、最大平移距离和最大转动角度仿真结果曲线。主要是因为液压缸能够提供精确的直线运动，有相当高的精度和响应速度，由于
并联运动平台的六个液压伺服通道是相同的，以便为控制器设计提供依据现将功率放大器、伺服比例阀、液压缸及其负
载作为广义的被控对象，
功率放大器采用深度电流反馈方式，单位AN;叱为力矩马达线圈转折频率，可以忽略，单位m3/A*s;为阀的固
此传递函数是一个震荡环节，当时它可进
式中:为缸与负载的阻尼比;为缸的固有频率，为液压
缸的增益。单位m5/N*s;Y为液压缸左右两腔及其
与伺服阀连接管路的容积之和，单位
Pa;A为油缸有效工作面积，
所示。对运动平台进行位置反解，将每个液压杆长度信号传输给对应的电液伺服控制单元，从而控制该液压杆的长度以及位
移变化的速度，反馈单元进行位移信号的采集，构成位置闭环，
在模拟控制系统中，系统由模拟PID控制器和被控对象组成。它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构
或写成传递函数的形式:
式中:kp,为比例系数;T1为积分时间常数;TD为微分时间常数。偏差一旦产生，以减少偏差。提高系统的无差度。T,越大，反之则越强。并能在偏差信号变的太
大之前，从而加快系统的动作速度，
计算机控制是一种采集控制，因
此，需要采用离散化方法。使用的是数字PID控制器。以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以一阶后向差分近似代替微分，k=….e(k-1)
和e(k)分别为第((k-1)和第k时刻所得的偏差信号。由于是全量输出使得每次输出均与过去的状态有关，计算机运算工作量大;而且因为计算机输出的u(k)对应
的是执行机构的实际位置，u(k)大幅度变化，这种情况往往是在实际场合中所不允许的，
当执行机构需要的是控制量的增量时，根据增量
在采样周期T己知的情况下，只需利用前后三次测量值
的偏差，采用增量式算法，获得u(k)需要对增量行积累。所以误动作影响小。便于实现无扰动切换，当计算机发生故障时，故仍能保持原值。确定增量△u(k)仅与最近几次采样值有关，有静态误差，
结合MATLAB做相关仿真实验。可以通过改变六个可伸缩的支
撑杆的长度来实现平台的六种基本运动及其组合将船舶在海洋中摇摆的姿态和
运动真实的仿真出来。主要是针对转台机构位置分析，并
对六自由度转台的运动学和动力学进行了建模，给出了液压
伺服并联平台的动态模型，