索驅動及剛性並聯機構的研究與應用：“中國天眼”40m縮尺模型饋源支撐系統研發（簡體書）

本書圍繞FAST工程的理論研究和縮尺模型實驗，闡述索並聯機構和剛性並聯機構運動學和動力學建模、軌跡規劃、抑振控制和剛柔耦合分析等方面的研究成果。將理論和工程密切結合，在講解前沿理論的同時，闡釋FAST工程的難點和突破。具體內容包括：FAST工程介紹、剛性及索驅動並聯機構的研究現狀、FAST饋源支撐系統的工作原理及特點、大跨度索並聯機構的建模方法、靜力學特性、靜剛度分析方法、基於索力的姿態優化和軌跡規劃、剛性並聯機構的動力學建模及標定、運動學及動力學綜合優化設計、剛柔耦合系統仿真方法、抑振控制理論等。

唐曉強，清華大學機械工程系，長聘教授。主要從事索驅動機器人基礎理論和控制技術方面的研究工作，是中國500米口徑球面射電天文望遠鏡（FAST）饋源支撐系統的總工程師。主持20多項國j級項目或課題，參編英文專著4部，發表論文100餘篇，其中SCI收錄論文47篇（JCR 1區論文20餘篇）。獲授權中國發明專利48項、美國發明專利2項；獲得教育部自然科學二等獎2項（排名第1和第3）。

目錄



第1章概述









1.1FAST的由來









1.2FAST的主體結構與工作原理









1.3並聯機構









1.4索驅動並聯機構









1.5小結









參考文獻









第2章大跨度索並聯機構的綜合建模方法









2.1大跨度索並聯機構研究概況









2.2單索模型及大跨度索並聯機構建模









2.2.1單索精確懸鏈線建模方程









2.2.2單索抛物線建模方程









2.2.3單索直線建模方程









2.2.4大跨度索並聯機構的建模求解方法









2.3模型簡化及誤差分析與補償









2.3.1單索建模誤差分析









2.3.2大跨度索並聯機構建模誤差分析與補償









2.4FAST饋源一級支撐系統建模實例









2.4.1FAST相似模型中的6索並聯機構









2.4.2FAST原型中的6索並聯機構









2.5小結









參考文獻









第3章大跨度索並聯機構的靜力學特性分析









3.1大跨度索並聯機構的索拉力特性指標









3.1.1大跨度索並聯機構的局部索拉力性能指標









3.1.2大跨度索並聯機構的工作空間內全域索拉力性能指標









3.2終端誤差與力特性分析









3.2.1大跨度索並聯機構的誤差分析









3.2.2誤差空間內的力學特性研究









3.3FAST饋源一級支撐系統相似模型的力特性分析









3.3.1兩條特定軌跡下的力特性及姿態研究









3.3.2兩條特定軌跡下的誤差研究









3.3.3兩條特定軌跡下的誤差空間內力特性研究









3.4小結









參考文獻







































第4章大跨度索並聯機構的靜剛度分析









4.1大跨度索並聯機構的簡化靜剛度分析









4.2基於相似理論的靜剛度相似方法









4.2.1相似基本方法描述









4.2.2大跨度索並聯機構的靜剛度相似模型建立方法









4.3FAST饋源參選4索方案剛度相似模型實驗









4.3.1大跨度索並聯機構靜剛度相似模型









4.3.2大跨度索並聯機構靜剛度相似實驗









4.4小結









參考文獻









第5章索並聯機構的尺度綜合優化設計









5.1性能指標體系及優化方法









5.2基於力特性的大跨度索並聯機構尺度綜合設計









5.3基於剛度特性的大跨度索並聯機構尺度綜合設計









5.4FAST饋源一級支撐6索並聯機構的優化分析









5.4.1基於力學特性的尺度優化









5.4.2基於靜剛度特性的尺度優化









5.4.3基於最大邊界跟蹤角度的尺度優化









5.4.4參數綜合優化









5.5小結









參考文獻









第6章精調平臺並聯機構的剛體動力學建模及驗證









6.1並聯機構的動力學建模方法









6.2FAST饋源精調平臺運動學分析









6.3FAST饋源精調平臺動力學建模









6.4動力學驗證方法及實驗









6.5小結









參考文獻









第7章剛柔串聯耦合系統動力學建模方法









7.1柔性支撐機器人及動力學建模









7.2索並聯機構的彈性動力學模型









7.3FAST風載模型









7.4剛柔耦合特性分析及模型聯立









7.5小結









參考文獻









第8章柔性支撐並聯機器人的抑振控制









8.1柔性支撐機器人的抑振控制方法









8.2饋源支撐系統的軌跡規劃









8.3軌跡補償抑振控制









8.3.1軌跡補償抑振方法









8.3.2饋源支撐系統1∶15縮尺模型抑振實驗









8.4內力抑振控制









8.4.1內力抑振方法









8.4.2抑振控制仿真實驗









8.5小結









參考文獻









第9章並聯機構的慣量匹配









9.1慣量匹配及並聯機構的關節空間慣量矩陣









9.2Stewart並聯機構關節空間慣量矩陣









9.2.1姿態分析









9.2.2速度分析及支鏈雅克比矩陣









9.2.3加速度分析









9.2.4力系分析









9.2.5關節空間慣量矩陣









9.3並聯機構的等效慣量









9.4並聯機構的慣量匹配準則









9.5小結









參考文獻









第10章FAST饋源支撐系統縮尺模型實踐









10.1縮尺模型的機械結構









10.1.1精調Stewart平臺









10.1.2AB轉檯









10.1.3繩索和電纜收放機構









10.1.4索塔結構









10.1.5機械系統的標定









10.2縮尺模型的驅動控制系統









10.3大跨度索並聯機構的控制實驗









10.3.1索並聯機構的開環控制實驗









10.3.2索並聯機構的閉環控制實驗









10.4天文觀測實驗









10.5小結