專利名稱：基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械技術(shù)，具體說是一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率 分析方法。
背景技術(shù)：
空間對接機構(gòu)六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動的典型Stewart平臺形式，與 目前存在的并聯(lián)運動系統(tǒng)的不同在于，空間對接并聯(lián)運動系統(tǒng)要求運動系統(tǒng)具有超大運動 空間能力，超長支腿工作行程和高的系統(tǒng)頻寬。目前，滿足空間對接運動系統(tǒng)的指標要求的 Stewart平臺在國內(nèi)尚無前例，國際上也僅美國和俄羅斯擁有該類型對接機構(gòu)運動系統(tǒng)。這 種大型超長支腿形式的并聯(lián)運動系統(tǒng)工作頻寬可達到10Hz，而當前的液壓驅(qū)動并聯(lián)運動模 擬系統(tǒng)頻寬僅3-5Hz，且工作空間小。對于高頻寬要求且工作空間大的并聯(lián)運動系統(tǒng)，忽略 其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動模態(tài)將導致設(shè)計出的系統(tǒng)無法滿足實際技術(shù)指標。要設(shè)計出滿足空間對接機 構(gòu)運動性能要求的并聯(lián)運動結(jié)構(gòu)，必須對系統(tǒng)進行頻率特性分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析方 法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的根據(jù)空間對接六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動微 分方程，建立并聯(lián)運動系統(tǒng)的模態(tài)方程，構(gòu)造方程系統(tǒng)矩陣，采用數(shù)值分析方法對系統(tǒng)矩陣 進行分解，計算六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階模態(tài)集及其對應(yīng)的特征頻率，分析出空間六 自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階模態(tài)頻率；空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)通常工作于中位附近， 其低階模態(tài)頻率分析在工程應(yīng)用上主要集中于中位，此時將并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動模型 以如下形式表示Mx{t) + Cx{t) + Kx(t) = f(t)式中M為nXn廣質(zhì)量矩陣；C為ηΧη廣義阻尼矩陣；K為ηΧη廣義剛度陣；f(t) 為系統(tǒng)外部輸入激勵；為分析系統(tǒng)中位模態(tài)頻率，將阻尼項和外部激勵項去掉，于是，得到無阻尼二階振 動方程，假定其模態(tài)頻率為ωη，模態(tài)振型為Ψ，則得到空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)模態(tài)方 禾呈，(K- ωηΜ) Ψ =0構(gòu)造系數(shù)矩陣，系數(shù)矩陣等于ηΧη維廣義質(zhì)量陣的逆與η維廣義剛度陣的矩陣乘 積，然后采用數(shù)值分析的方法，特征值分解、奇異值分解計算出空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng) 的需要考察的模態(tài)和其對應(yīng)的特征頻率，根據(jù)特征頻率求得系統(tǒng)對應(yīng)模態(tài)頻率，依據(jù)分析 的模態(tài)頻率反映出所設(shè)計的系統(tǒng)是否滿足要求。本發(fā)明一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析方法，突破傳統(tǒng)基于 物理空間分析和設(shè)計的方法，尤其是克服了基于單通道等效頻率設(shè)計的通用方法。本發(fā)明可以應(yīng)用到所有空間六自由度并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計和分析中，使設(shè)計的機構(gòu)滿足設(shè)計頻寬要 求，為改變系統(tǒng)模態(tài)提供有效依據(jù)，為更有效的六自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供新的方法和 思路，對于工程實際應(yīng)用和理論分析而言，均具有重要意義。


圖1為空間對接機構(gòu)六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 結(jié)合圖1，本發(fā)明一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析 方法，根據(jù)空間對接六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動微分方程，建立并聯(lián)運動系統(tǒng)的模 態(tài)方程，構(gòu)造方程系統(tǒng)矩陣，采用數(shù)值分析方法對系統(tǒng)矩陣進行分解，計算六自由度并聯(lián)運 動系統(tǒng)的低階模態(tài)集及其對應(yīng)的特征頻率，分析出空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階模態(tài) 頻率；空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)通常工作于中位附近，其低階模態(tài)頻率分析在工程應(yīng)用 上主要集中于中位，此時將并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動模型以如下形式表示紙⑴+ Cx{t) + Kx{t) = f{t)式中M為nXn廣質(zhì)量矩陣；C為ηΧη廣義阻尼矩陣；K為ηΧη廣義剛度陣；f(t) 為系統(tǒng)外部輸入激勵；為分析系統(tǒng)中位模態(tài)頻率，將阻尼項和外部激勵項去掉，于是，得到無阻尼二階振 動方程，假定其模態(tài)頻率為ωη，模態(tài)振型為Ψ，則得到空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)模態(tài)方 禾呈，(Κ-ωηΜ) Ψ =0構(gòu)造系數(shù)矩陣，系數(shù)矩陣等于ηXη維廣義質(zhì)量陣的逆與η維廣義剛度陣的矩陣乘 積，然后采用數(shù)值分析的方法，特征值分解、奇異值分解計算出空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng) 的需要考察的模態(tài)和其對應(yīng)的特征頻率，根據(jù)特征頻率求得系統(tǒng)對應(yīng)模態(tài)頻率，依據(jù)分析 的模態(tài)頻率反映出所設(shè)計的系統(tǒng)是否滿足要求。實施例2 本發(fā)明一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析方法，所 述的空間對接機構(gòu)并聯(lián)運動系統(tǒng)由運動平臺(1)、上連接鉸(2)、液壓驅(qū)動支腿(3)、下連接 鉸(4)和固定基平臺(5)組成。中位支腿長度為4.0m，行程1.850m。上鉸園直徑3.0m，下 鉸園直徑7. 3m。平臺及負載總質(zhì)量為563Kg。針對該結(jié)構(gòu)下的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)， 保留其中位時二階振動微分方程中廣義剛度陣的6X6維剛度陣和6X6維質(zhì)量矩陣，則廣 義質(zhì)量矩陣和剛度陣為
839 0 0 0 428.9 0 “ 0 1839 0 -428.9 0 0 0 0 1638 0 0 0
權(quán)利要求
1. 一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析方法，其特征在于根據(jù)空間 對接六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動微分方程，建立并聯(lián)運動系統(tǒng)的模態(tài)方程，構(gòu)造方 程系統(tǒng)矩陣，采用數(shù)值分析方法對系統(tǒng)矩陣進行分解，計算六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階 模態(tài)集及其對應(yīng)的特征頻率，分析出空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階模態(tài)頻率；空間六 自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)通常工作于中位附近，其低階模態(tài)頻率分析在工程應(yīng)用上主要集中于 中位，此時將并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動模型以如下形式表示
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于模態(tài)的空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)頻率分析方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的根據(jù)空間對接六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的二階振動微分方程，建立并聯(lián)運動系統(tǒng)的模態(tài)方程，構(gòu)造方程系統(tǒng)矩陣，采用數(shù)值分析方法對系統(tǒng)矩陣進行分解，計算六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階模態(tài)集及其對應(yīng)的特征頻率，分析出空間六自由度并聯(lián)運動系統(tǒng)的低階模態(tài)頻率。本發(fā)明突破傳統(tǒng)基于物理空間分析和設(shè)計的方法，可以應(yīng)用到所有空間六自由度并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計和分析中，使設(shè)計的機構(gòu)滿足設(shè)計頻寬要求，為改變系統(tǒng)模態(tài)提供有效依據(jù)，為更有效的六自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供新的方法和思路，對于工程實際應(yīng)用和理論分析具有重要意義。
文檔編號G06F17/50GK102004822SQ20101053715
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者張輝, 楊熾夫, 鄭淑濤, 韓俊偉, 黃其濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學