基于六自由度模拟平台液压控制系统的设计
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长度 时 ， 唯一 确定 运 动 平 台的 位 置姿 态 。通 过 ６个 可
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 ； 架 主 要 用 于试 验 设 备 机 的安 装 ， 受 ６套液压 作动 筒控 制 ， 液压 作动 筒 的驱 它 在 动下 实现 六 自由度运 动 。
道 ， 可联 动又 可成对 或单 独动作 ， 既 以便 使该 平 台模 拟
缸体在 空 间的运 动状 态 ； 制及 监 控 系统 主 要 功 能是 控
个 自由度 （ 种 运 动类 型 ） 一 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
、
闭环控 制 ， 液压 伺 服 系 统 同时 推 动模 拟平 台做 各 ６组
种摇摆 ， 模拟 实 际环 境 。该 系 统 采用 分 布 式计 算 机 控
ｙ 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
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
图 １ 系 统 组 成 结 构
２ 液压 控制 系统 的设 计
制 和 电液 控 制 两 种 方 式 ， 械 控 制 装 机 功 率 大 、 本 机 成
高， 适用 于小 功率 的 系统 ； 电液 控 制 能 量 密度 大 ， 有 具 输 出力 大 、 够集 中控制 等优 点 ， 能 故该六 自由度平 台控 制 系统采 用 电液伺 服系 统 。
Ｌ Ｕ Ｊｎ ｂａ ，Ｗ ＡＮ Ｓ— ｅ ，ＭＯ ｅ Ｉ ｉ— ｉｏ Ｇ ｉｗ ｉ ＵＷ ｉ （ 昌测 试 技 术 研 究 所 ，湖北 宜 昌 ４ ３ ０ ） 宜 ４ ０３
摘
要： 设计 一套 并联 式 电液伺服 控 制 系统 ， 其 工作 原 理进行 了简 明分析 ， 对 并采 用 系统集 成布 置方 式 ，
２ １ 模 拟 驱 动 系统 ．
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 ， 图 １所 示 。液 压 、 如 控制 系统包 括模 拟驱 动 系 统 和 动力 泵 站 系 统 ， 拟 驱 模 动系 统 由六 套液 压作 动 筒 驱 动 ， 具有 ６个 独 立 控 制 通
中图分类 号 ：Ｈ１７ 文献标 识 码 ： 文章编 号 ：０ ０４ ５ （ ０ １ ０ － １ － Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）４０ ３０ ０ ３
引言
为适应 日益 增多 的海 洋 探 测任 务 ， 洋探 测 装 备 海 必然越 来越 复杂 、 体积 和重 量也 越来 越大 ， 而在高 海 然 况条件 下 布放 回收它 们 时 ， 的摇 摆 引起 探 测 系 统 操 船 作 困难 ， 导致 收放 复杂 、 险 、 危 费时 。鉴于 此 ， 设计 一 套 六 自由度模 拟平 台 ， 于在 实 验 室 内模 拟船 舶 在 海 浪 用
２１ ０ 第 ４期 １年
液压 与 气动
１ ３
基 于 六 自 由度 模 拟 平 台 液 压 控 制 系 统 的 设 计
刘金标 ， 思伟 ， 王 牟 伟
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｐ ａ ｆｒ ｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｔｏ ｓｇ ｆｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｌｔｏ ｍ ｙ ｒ ｕ ｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｃ ｓ ｓｅ ｗｉ ＤＯＦ ｙ ｔ ｍ ｔ ６一 ｈ
１ 六 自由度模 拟 平台结构 概 论
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 ， 用系 统 集 成技 术 将 各 种 元件 集 中安 装 采
在一 起 ， 少 了空 间 ， 减 使其 体 积小 、 重量 轻 。
实现 了平 台横 摇 、 纵摇 、 荡 、 摇 、 荡和 纵 荡 ６个 动 作 独 立和 联 合 运 行 ， 平 台具 有 结构 紧凑 、 载 能 力 横 艏 垂 使 承 大、 应快 、 度 高 、 干扰 能 力强等优 点 。 响 精 抗
关键 词 ： 自由度 ； 六 液压 控制 系统 ； 拟平 台 模
模 拟驱 动 系统 由 ６个 分 系 统 组 成 ， 分别 为 横 摇 驱
动 系统 、 摇驱 动系 统 、 摇驱 动系统 、 荡驱 动系统 、 纵 艏 垂
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 、 服放 伺 大器 、２个 压传感 器 、 高精 度数 字式 位移 和速 度传 ｌ ６个 感器 以及 万 向铰等 组 成 ， 们 分 别控 制 模 拟 平 台 的一 它
收稿 日期 ：００ １．２ ２ １．０ １
作者简介 ： 刘金标 （９ ２ ） 男 ， 北宜 昌人 ， １８ 一 ， 湖 工程 师 ， 士 ， 硕
主要从事机械结构 和液 压技 ０ １年第 ４期
液 压缸 的协调 运动来 实 现平 台沿 ｘ ｙ 向的平 移 或绕 ，、
制， 用单 出杆 的电液伺 服 阀控缸作 为动 力机构 ， 通过 计 算 机 由软件 进行解 耦 运算 ， 现 台体 ６个 自 由度 的 独 实
立 和联 合运 动 。 ３ 主 要元件 参数 的设计 及选 型
１ ）液压 缸活 塞缸 内径 Ｄ设计
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 ； 架 主 要 用 于试 验 设 备 机 的安 装 ， 受 ６套液压 作动 筒控 制 ， 液压 作动 筒 的驱 它 在 动下 实现 六 自由度运 动 。
道 ， 可联 动又 可成对 或单 独动作 ， 既 以便 使该 平 台模 拟
缸体在 空 间的运 动状 态 ； 制及 监 控 系统 主 要 功 能是 控
个 自由度 （ 种 运 动类 型 ） 一 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
、
闭环控 制 ， 液压 伺 服 系 统 同时 推 动模 拟平 台做 各 ６组
种摇摆 ， 模拟 实 际环 境 。该 系 统 采用 分 布 式计 算 机 控
ｙ 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
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
图 １ 系 统 组 成 结 构
２ 液压 控制 系统 的设 计
制 和 电液 控 制 两 种 方 式 ， 械 控 制 装 机 功 率 大 、 本 机 成
高， 适用 于小 功率 的 系统 ； 电液 控 制 能 量 密度 大 ， 有 具 输 出力 大 、 够集 中控制 等优 点 ， 能 故该六 自由度平 台控 制 系统采 用 电液伺 服系 统 。
Ｌ Ｕ Ｊｎ ｂａ ，Ｗ ＡＮ Ｓ— ｅ ，ＭＯ ｅ Ｉ ｉ— ｉｏ Ｇ ｉｗ ｉ ＵＷ ｉ （ 昌测 试 技 术 研 究 所 ，湖北 宜 昌 ４ ３ ０ ） 宜 ４ ０３
摘
要： 设计 一套 并联 式 电液伺服 控 制 系统 ， 其 工作 原 理进行 了简 明分析 ， 对 并采 用 系统集 成布 置方 式 ，
２ １ 模 拟 驱 动 系统 ．
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 ， 图 １所 示 。液 压 、 如 控制 系统包 括模 拟驱 动 系 统 和 动力 泵 站 系 统 ， 拟 驱 模 动系 统 由六 套液 压作 动 筒 驱 动 ， 具有 ６个 独 立 控 制 通
中图分类 号 ：Ｈ１７ 文献标 识 码 ： 文章编 号 ：０ ０４ ５ （ ０ １ ０ － １ － Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）４０ ３０ ０ ３
引言
为适应 日益 增多 的海 洋 探 测任 务 ， 洋探 测 装 备 海 必然越 来越 复杂 、 体积 和重 量也 越来 越大 ， 而在高 海 然 况条件 下 布放 回收它 们 时 ， 的摇 摆 引起 探 测 系 统 操 船 作 困难 ， 导致 收放 复杂 、 险 、 危 费时 。鉴于 此 ， 设计 一 套 六 自由度模 拟平 台 ， 于在 实 验 室 内模 拟船 舶 在 海 浪 用
２１ ０ 第 ４期 １年
液压 与 气动
１ ３
基 于 六 自 由度 模 拟 平 台 液 压 控 制 系 统 的 设 计
刘金标 ， 思伟 ， 王 牟 伟
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｐ ａ ｆｒ ｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｔｏ ｓｇ ｆｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｌｔｏ ｍ ｙ ｒ ｕ ｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｃ ｓ ｓｅ ｗｉ ＤＯＦ ｙ ｔ ｍ ｔ ６一 ｈ
１ 六 自由度模 拟 平台结构 概 论
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 ， 用系 统 集 成技 术 将 各 种 元件 集 中安 装 采
在一 起 ， 少 了空 间 ， 减 使其 体 积小 、 重量 轻 。
实现 了平 台横 摇 、 纵摇 、 荡 、 摇 、 荡和 纵 荡 ６个 动 作 独 立和 联 合 运 行 ， 平 台具 有 结构 紧凑 、 载 能 力 横 艏 垂 使 承 大、 应快 、 度 高 、 干扰 能 力强等优 点 。 响 精 抗
关键 词 ： 自由度 ； 六 液压 控制 系统 ； 拟平 台 模
模 拟驱 动 系统 由 ６个 分 系 统 组 成 ， 分别 为 横 摇 驱
动 系统 、 摇驱 动系 统 、 摇驱 动系统 、 荡驱 动系统 、 纵 艏 垂
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 、 服放 伺 大器 、２个 压传感 器 、 高精 度数 字式 位移 和速 度传 ｌ ６个 感器 以及 万 向铰等 组 成 ， 们 分 别控 制 模 拟 平 台 的一 它
收稿 日期 ：００ １．２ ２ １．０ １
作者简介 ： 刘金标 （９ ２ ） 男 ， 北宜 昌人 ， １８ 一 ， 湖 工程 师 ， 士 ， 硕
主要从事机械结构 和液 压技 ０ １年第 ４期
液 压缸 的协调 运动来 实 现平 台沿 ｘ ｙ 向的平 移 或绕 ，、
制， 用单 出杆 的电液伺 服 阀控缸作 为动 力机构 ， 通过 计 算 机 由软件 进行解 耦 运算 ， 现 台体 ６个 自 由度 的 独 实
立 和联 合运 动 。 ３ 主 要元件 参数 的设计 及选 型
１ ）液压 缸活 塞缸 内径 Ｄ设计