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艦載穩(wěn)定平臺的主要作用是在波浪干擾環(huán)境下提供一個相對穩(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、艦載直升機起降等領(lǐng)域。艦載穩(wěn)定平臺無論是對經(jīng)濟發(fā)展還是軍事國防都有著深遠的意義。目前艦載穩(wěn)定平臺的主流結(jié)構(gòu)還是基于陀螺儀的串聯(lián)轉(zhuǎn)臺，但是單獨使用這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平臺最多補償三個自由度的擾動。而基于 Stewart 構(gòu)型的并聯(lián)機構(gòu)則具備空間六個自由度的運動，因此將其作為穩(wěn)定平臺在理論上是可以實現(xiàn)對擾動全補償?shù)模疚乃芯康呐炤d穩(wěn)定平臺正是基于這種構(gòu)型的并聯(lián)機構(gòu)。雖然六自由度穩(wěn)定平臺可以實現(xiàn)擾動全補償，但是在應(yīng)用中仍然面臨著設(shè)計及控制等方面的技術(shù)難題。
本文首先對六自由度穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)組成和工作原理進行說明，然后在定義了穩(wěn)定平臺坐標系的基礎(chǔ)上建立了包括位姿正、反解在內(nèi)的運動學模型，并建立了穩(wěn)定平臺的單剛體動力學模型。
為了最大化并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)勢，本文采用液壓伺服作動器作為穩(wěn)定平臺的執(zhí)行機構(gòu)。首先建立了閥控非對稱正、反向統(tǒng)一形式的動力機構(gòu)數(shù)學模型，之后對動力機構(gòu)的工作特性進行簡要分析。隨后采用動壓反饋和前饋補償環(huán)節(jié)對液壓單通道系統(tǒng)進行校正，意在盡可能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。另外，搭建了穩(wěn)定平臺系統(tǒng)的Simulink 和 ADAMS 聯(lián)合仿真模型，通過仿真驗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)定平臺穩(wěn)定精度的主要因素之一。考慮到波浪影響下艦船的運動具有一定的可預(yù)測性，因此提出通過預(yù)測的方式來補償系統(tǒng)的滯后。本文采用的是基于時間序列的自回歸模型對艦船運動的趨勢進行預(yù)測，為了得到預(yù)報模型需要完成模型定階和模型參數(shù)辨識這兩個工作。模型定階采用的是 AIC 信息準則，該準則通過權(quán)衡模型的復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)估計法;另一種是基于 Kalman 濾波估計原理的方法。通過仿真分析可以看出，通過這兩種參數(shù)估計法所確定的模型均能有效提高平臺的穩(wěn)定精度。其中后者由于加入了統(tǒng)計特征，因此其預(yù)測結(jié)果相對優(yōu)于前者。最后，本文通過試驗對所提出的預(yù)測補償控制算法進行了試驗驗證，試驗數(shù)據(jù)表明所采用的預(yù)測補償控制算法能夠有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，該預(yù)測補償控制算法具備一定的實用性。
關(guān)鍵詞：穩(wěn)定平臺;并聯(lián)機構(gòu);預(yù)測補償算法;時序預(yù)測
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