题目：六自由度平台结构优化与控制技术研究

Stewart平台具有刚度大、承载能力强、运动精度高、动态性能好、运动学逆解简单等诸多优点，已在诸多领域得到应用。Stewart平台在运动模拟领域的应用由来已久，而该技术领域的发展也为Stewart平台的控制效果提出了更高要求，传统的运动学控制方法已无法满足高速、高精度轨迹跟踪的需求。动力学控制方法能够实现更好的控制效果，但算法的实施也更为复杂，需要解决的问题包括：如何提高控制算法的工程适用性与实时性；如何提高位置正解算法的实时性；如何建立准确、高效的动力学模型等。

6-3 Stewart结构曾经是Stewart平台技术领域的研究热点，但其结构中复合球铰或复合虎克铰有限的运动范围限制了上平台的运动空间，导致其往往无法满足工程实际的需要，因此逐渐被6-6 Stewart结构所取代。6-3 Stewart结构在机构学上是对6-6结构的一种简化，相较6-6结构，6-3结构具有奇异性分析简单、机构设计简单、运动学模型可等效简化的优点。基于上述优点，本课题选择6-3 Stewart结构展开深入研究。

对于上述Stewart平台研究领域的问题，本文进行了深入的分析与研究，主要的工作包括以下几个方面：

1. 对Stewart平台进行理论分析，并论证6-3 Stewart结构对平台性能的优化作用。通过实例分析可得出结论：6-3 Stewart结构的使用能够有效提高机构的灵巧度，并削弱机构的通道间耦合作用，对于控制而言具有明显的优化作用。

2. 针对6-3 Stewart结构，提出一种基于机构简化的位置正解数值方法。该方法将6-3 Stewart机构等效简化为3-RPS并联机构，并通过数值迭代得到机构的位置正解。通过实验分析证明，该方法较传统的Stewart通用正解数值方法具有更好的收敛性和解算速度，可有效提高控制过程中位置正解的实时性。

3. 提出了一种基于T-S模糊推理模型的模型参考模糊自适应控制方法。针对液压Stewart平台系统非线性、变负载、强耦合的特点，选择T-S模糊模型设计了单通道的模型参考自适应控制器，用于对单通道的控制。实验证明，该方法能够有效消除被控对象的非线性，并对负载和耦合具有鲁棒性，适于低速场合的轨迹跟踪控制。

4. 设计了任务空间计算力矩控制器，并提出控制器的工程实施方案。本控制器采用基于任务空间的动力学控制策略，控制过程中需要对动力学模型进行实时解算，并依赖位置正解的结果。通过定义新的位置误差使欧拉角姿态定义能够应用于控制反馈中。设计了基于阀控非对称缸力输出模型的前馈比例控制，实现了单通道的力伺服控制。针对控制过程中速度信息难以获取的问题，设计了基于卡尔曼滤波算法的速度估计方法，获得了满意的速度估计效果。综合上述研究成果，设计了任务空间计算力矩控制的总体方案，并通过实验证明该方法具有良好的控制效果，可用于高速、高精度轨迹跟踪的场合。

5. 设计了一套液压驱动的6-3 Stewart平台实验样机，并进行了相关的实验研究。其中使用的复合虎克铰通过优化设计可满足大范围运动的要求，并具有较小的结构尺寸和较大的结构强度。实验验证了提出的理论与方法的正确性与可行性，为进一步的研究工作奠定了良好基础。