基于六自由度模拟平台液压控制系统的设计

　　引言

　　为适应日益增多的海洋探测任务，海洋探测装备必然越来越复杂、体积和重量也越来越大，然而在高海况条件下布放回收它们时，船的摇摆引起探测系统操作困难，导致收放复杂、危险、费时。鉴于此，设计一套六自由度模拟平台，用于在实验室内模拟船舶在海浪作用下的状况，为装备布放回收获取可靠的试验数据及理论依据。目前六自由度运动平台通常采用机械控制和电液控制两种方式，机械控制装机功率大、成本高，适用于小功率的系统; 电液控制能量密度大，具有输出力大、能够集中控制等优点，故该六自由度平台控制系统采用电液伺服系统。

　　1 六自由度模拟平台结构概论

　　六自由度模拟平台能够实现空间 6 个自由度的独立及耦合运动，主要由液压控制系统 1、控制及监控系统 2、机架 3 等主要几个部分组成，如图1 所示。液压控制系统包括模拟驱动系统和动力泵站系统，模拟驱动系统由六套液压作动筒驱动，具有 6 个独立控制通道，既可联动又可成对或单独动作，以便使该平台模拟缸体在空间的运动状态; 控制及监控系统主要功能是在子系统内修正液压作动筒活塞行程与指令的偏差，按给定台体质心的空间姿态计算目标控制参量; 动力泵站是整个系统的动力源，在控制及监控系统的控制下为模拟驱动系统提供动力; 机架主要用于试验设备的安装，它受 6 套液压作动筒控制，在液压作动筒的驱动下实现六自由度运动。

　　2 液压控制系统的设计

　　液压伺服控制系统主要包含模拟驱动系统和泵站系统，液压缸的位置指令和准确动作均通过控制及监控系统实现，采用系统集成技术将各种元件集中安装在一起，减少了空间，使其体积小、重量轻。

　　2. 1 模拟驱动系统

　　模拟驱动系统由6 个分系统组成，分别为横摇驱动系统、纵摇驱动系统、艏摇驱动系统、垂荡驱动系统、横荡驱动系统、纵荡驱动系统。每个分系统主要由 6个电闭环的高响应伺服阀、6 个低摩擦伺服缸、伺服放大器、12 个压传感器、6 个高精度数字式位移和速度传感器以及万向铰等组成，它们分别控制模拟平台的一个自由度( 一种运动类型) 的运动。每个液压缸的运动各由一电液伺服阀控制。当 6 组缸各自取一定伸缩长度时，可唯一确定运动平台的位置姿态。通过6 个液压缸的协调运动来实现平台沿 x、y、z 向的平移或绕x、y、z 轴的旋转运动以及这6 个自由度的复合运动，其灵活性相当大。与常见的串联运动机构不同，由于该种结构的平台机构有六个自由度，其6 个液压缸的协调动作显得尤其重要。因为这里每个液压缸也能单独自由伸缩，但这些伸缩给平台造成的是复杂的运动，不能得到纯单方向的运动。