六自由度平台的原理与控制

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六自由度平台的原理与控制
六自由度运动平台是由六个伺服电机带动电动缸做伸缩变化运动，六个电动缸并联设置共同驱动运动平台。
　　运动平台的每个电动缸都能够实现空间中单独的伸缩运动，因此控制系统通过对六个电动缸的伸缩量的控制，可以驱动完成空间中的六自由度运动，从而实现上平台位姿的改变。
　　六自由度分别指的是平台沿着x、y、z 三个坐标轴的平移运动，以及绕三个坐标轴的φx、φy、φz旋转运动。根据六自由度平台的运动状态，计算出各电动缸的相应位置和速度指令信号，从而控制运动平台按照预定的轨迹运动。
当运动平台到达要求的位置时，各电动缸的速度指令信号给定为零，运动平台就立刻停下来，达到了点位控制的目的。
与此同时彦控智能科技公司设计了一款专门的控制软件，其运动平台以直角坐标系作为运动参考系，分别在 X,Y,Z 轴上完成横摇，纵倾，
偏航，前冲，横移，升降共六个自由度的运动，运动遵从右手螺旋法则（大拇指
指向坐标轴正方向，四指指向方向为旋转正方向）




六自由度平台的控制
六自由度平台的控制通常采用工控机(IPC)+多轴运动控制器的形式，


考虑到运动平台的结构和配置形式，并结合计算机的控制策略，以及高动态响应的需求，用户需要一种开放式结构的控制系统，通过自行开发的控制软件来完成六自由度运动平台的运动控制要求，因此需要提供强大的运动控制功能作为保障。采用工控机(IPC)或人机界面(HMI)+运动控制器的形式。
运动控制器是一种高度集成化的专用运动专用控制设备。它能够将一些通用的运动控制功能固化在其中，用户可以随时对这些功能块或指令进行组态和调用，这样降低了编程的难度，在提高控制性能的同时，降低了过多附带硬件和功能模块所需的成本。与多轴运动控制卡相比，控制器更偏向于集成化，它应该是一个完整的、独立的硬件平台。但是控制器软件的程序写入，大部分是在控制器内部，利用其自身固有的编程方式写程序，或者靠上位计算机发送控制信号来执行下面的命令。也就是说，控制器大多带有相匹配的控制软件。
PAC控制器是一种融合了传统的PLC和IPC的优点，具有独特理念的模块化控制装置。即嵌入式PC的开放式结构控制系统, 控制器采用带有Inter芯片，是一款强大的CPU，采用嵌入式实时多任务操作系统，任务循环周期最快可达到微秒级别，附加IO处理器，附带接口模块扩展插槽，可移动存储CompactFlash卡，且设备层网络采用实时以太网，可以实现非常高的实时控制。专门应用于循环周期非常短的项目，能够处理大量数据，浮点型运算。
运动控制器是上位机PC端用户到伺服运动机构的桥梁，通过运动控制器的运动控制，将上位机的控制命令、运动规划等在执行机构上实现。采用PAC控制器，用于对高精度调整机构的实时、精确控制。运动控制器通过对六台伺服驱动器进行控制，实现平台的六自由度运动。实现了并联机构的正反解算法，并将其集成到运动控制器中。
采用稳定可靠、通信速率高、受干扰率低、网络速度快为特点的工业以太网搭建运动控制总线网络完成运动控制系统的设计。针对运动控制器需要实现的具体功能以及控制系统的实际构成情况，采用“PAC+工业以太网”技术的设计方案。控制系统采用“上位机＋PAC控制器”的控制形式。整个运动控制系统由上位机、PAC控制器、伺服驱动器、电动缸、机械机构、传感器等组成。
上位机软件负责按要求对机构的运动进行轨迹规划，并将各种控制命令通过以太网通讯接口下发给PAC控制器；运动控制器对收到的控制命令进行命令解析、状态获取、机构运动学模型解算算法及控制算法处理等。根据具体命令执行相应操作。运动控制器经过反解算法解算，将上位机发来的位姿信息转换成每个电动缸的位置信息；再根据控制器获取的电机绝对编码器值，以及磁致伸缩位移传感器测得的电动缸伸缩量等信息，应用相应的控制算法，得到具体的控制量；通通过工业以太网总线发送运动控制命令给伺服驱动器，实现并联机构的精确运动。同时，运动控制器可以通过工业以太网获取到各个驱动器的当前状态、运动信息及相关数据，通过正解算法得到机构的实时姿态，并将这些信息通过以太网反馈给上位机。
六自由度平台的发展现状
随着技术日益发展，目前对六自由度运动平台的控制精度、定位精度及动态响应性能的要求越来越高，考虑到六自由度运动平台对各个电动缸运动的准确和快速等要求，需要对各电动缸的速度和位移进行控制。
　　在运动过程中，需要及时检测各电动伺服缸的速度和位移信号，速度信号用于闭环控制时跟踪速度的输入，位移信号用于位置反馈和监控，从而达到满足运动平台的位姿控制。
　　六自由度运动平台,目前因其有着极为广阔的应用前景，近几年,已经引起了国内外科研、院校广泛的研究兴趣。因此, 对六自由度运动平台现在有了更深入的研究。