题目：二自由度并联稳定跟踪平台机构特性与控制策略研究

       稳定跟踪平台能够隔离载体的扰动，在精确保持动态姿态稳定的前提下，实现对机动目标或控制指令的准确跟踪，因此在现代军、警、民用系统中得到了广泛的应用，发挥着重要的作用，具有重大的战略意义。传统的稳定跟踪平台多采用“万向框架式”或称“平衡环式”的串联机构，具有串联机构固有的一些弊端。随着对稳定跟踪平台运动性能要求的不断提高，这种结构的不足也逐步显现出来。本文提出采用两类二自由度并联转动机构应用于稳定跟踪平台，并对两类机构的运动学、动力学进行分析。在此基础上，制作了基于 RR/2-RRR并联机构的并联稳定跟踪平台，针对其具体应用场景，特别是平台的高速启动与高频指令跟踪，采用基于趋近律与模糊切换的改进准滑动模态控制进行了仿真与实验研究。主要内容如下： 
       介绍了两类可应用于稳定跟踪领域的二自由度并联转动机构：4-4R并联机构与RR/2-RRR并联机构。根据4-4R并联机构基于对称面上下对称的特性，建立了机构简洁的运动学模型及各支链的运动学模型；根据 RR/2-RRR机构的几何约束特点分析了其运动学正、反解，并对各支链的运动学进行分析。 
       对两类二自由度并联转动机构的运动学特性展开研究，从工作空间、奇异位形、一阶影响系数与动平台自转运动等几方面进行分析与对比。基于运动学反解与杆件干涉，从动平台位置与指向范围两个角度讨论了两类机构的理论工作空间，以及机构设计参数γ对工作空间大小与形状的影响；研究了两类机构发生三类奇异位形的数学条件与几何特征，证明了4-4R机构在其理论工作空间内实际上无奇异的特性；基于两类机构的逆雅可比矩阵讨论了一阶影响系数在指向空间内的分布规律；证明两类机构在运动过程中动平台都存在绕自身轴线旋转的自转运动，并分析了两类机构自转随动平台指向变化的规律。 
       在运动学模型与支链运动学分析的基础上，利用拉格朗日法得到两类机构形式上统一的动力学模型，建立了两类机构共同的简化动力学模型。根据稳定跟踪装置的工作特点，讨论了机构在非惯性系下运动所产生的广义非惯性势与扰动力矩问题。仿真分析了两类机构的完整动力学模型、简化动力学模型与扰动力矩模型，验证了简化动力学模型的可行性。 
       基于两类二自由度并联转动机构形式统一的简化动力学模型，研究了两类机构用于稳定跟踪平台的控制策略问题。通过实验建立了具有谐波减速传动环节的非线性摩擦力模型，进而得到了考虑机电特性的并联稳定跟踪平台的动力学控制模型。利用滑模变结构控制理论设计了稳定跟踪控制器，针对快速启动阶段引入趋近律；针对高速跟踪过程引入了控制增益的模糊切换以减少跟踪误差。仿真结果表明改进的准滑模控制方法有效减少了启动阶段的调节时间，消除了超调量，对模型参数摄动与外界扰动具有很好的鲁棒性，可获得较高的稳定隔离度与指令跟踪精度。 
       基于RR/2-RRR并联机构制作了并联稳定跟踪平台的实验样机，并设计了控制系统的软、硬件。对所提出的变结构滑模控制策略进行实验验证与对比，通过跟踪实验验证了样机及控制系统的正确性与合理性，通过半实物仿真实验与对比验证了控制策略的有效性，测试了平台的精度与性能等参数指标。