一种基于洗出算法的Stewart平台的控制系统的制作方法

本发明涉及stewart平台控制等领域，具体为一种基于洗出算法的stewart平台的控制系统。

背景技术：

stewart平台并联机构由于具有刚度大、承载能力强、位置误差不累计等特点，在应用上与串联机构形成互补，已成为空间机构学的研究热点。目前，stewart平台并联机构已经在航空、航天、海底作业、地下开采、制造装配等行业有着广泛的应用。尽管并联机构的实际应用和理论研究取得了大量的研究成果，但是在运动学、奇异性、动力学方面仍然存在一些有挑战性的问题，如少自由度并联机构雅可比矩阵的求解目前还没有一个统一的方法；寻求一种能求出并联机构位置正解的所有解的算法；寻求一种高效的逆动力学问题的解法等。雅可比矩阵是stewart平台并联机构的1个主要内容，它表示由输入关节到末端执行器输出的一种映射。

现有的stewart平台，特别是对于工作空间较小的曲柄连杆stewart平台来说，应用体感算法时，经典的洗出算法存在部分结构性不合理性问题，有必要对其进行改进，同时考虑平台运动空间、作动器最大速度等限制因素。怎样合理的增加stewart平台在操作时的体验性、舒适度，是目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种基于洗出算法的stewart平台的控制系统，以控制stewart的平台在操作运动时的运动速度变化，增加操作的舒适性。

实现上述目的的技术方案是：一种基于洗出算法的stewart平台的控制系统，包括数据获取系统，数据连接于游戏或是视景系统，所述数据获取系统用于从中游戏或是视景系统获取所述驾驶员前庭系统的加速度中的平动方向的瞬时输出加速度以及获取stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离；数据处理系统，所述数据获取系统电连接于所述数据处理系统，所述数据处理系统用于对所述瞬时输入加速度中小于人体阈值这部分的加速度进行补偿处理以及对补偿处理后的输入加速度进行整合，得到stewart的平台的平动方向的实际输出加速度。

在本发明一较佳的实施例中，所述平动方向的瞬时输出加速度包括侧向加速度和横向加速度，所述侧向加速度和横向加速度均包括第一加速度和第二加速度，所述第一加速度为所述驾驶员前庭系统在stewart的平台上的平动方向的直线运动路径上的加速度，所述第二加速度为平动方向的角加速度。

在本发明一较佳的实施例中，所述数据获取系统用于获取驾驶员前庭系统在stewart平台的平动方向的直线运动路径上的加速度，即第一加速度以及用于获取驾驶员前庭系统在stewart平台的平动方向的角速度，即第二加速度。

在本发明一较佳的实施例中，所述数据处理系统包括线速度处理电路，用于对所述第一加速度进行处理；角速度处理电路，用于对所述第二加速度进行处理。

在本发明一较佳的实施例中，所述线速度处理电路包括第一比例调节器、第一幅度限制器、第一高通滤波器、第二幅度限制器、双二阶滤波器、第一低通滤波器、第一后处理电路、第二后处理电路；其中，所述第一比例调节器、第一幅度限制器、第一高通滤波器、第一后处理电路相互串联形成第一电路；所述第一比例调节器、第一幅度限制器、第一高通滤波器、第二幅度限制器、双二阶滤波器相互串联形成第二电路；所述第一比例调节器、第一幅度限制器、第一低通滤波器、第二后处理电路形成第三电路。

在本发明一较佳的实施例中，所述第一电路用于根据获取的stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离将所述第一加速度进行处理后生成与附有第一加速度数据的直线位移信号。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二电路用于根据获取的stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离将所述第一加速度进行处理后生成带有第一加速度数据的角位移信号。

在本发明一较佳的实施例中，所述第三电路用于根据获取的stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离将第一加速度进行处理后生成带有第一加速度数据的角位移信号，并将经所述第二电路处理后得到的角位移信号叠加，生成角位移补偿信号。

在本发明一较佳的实施例中，所述角速度处理电路包括依次串联的第二比例调节器、第三幅度限制器、第二高通滤波器、第三后处理电路，标记为第四电路。

在本发明一较佳的实施例中，所述第四电路用于根据获取的stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离将第二加速度进行处理后生成带有第二加速度数据的角位移信号，并将角位移补偿信号叠加生成平动方向输出的角位移信号。

本发明的优点是：本发明的控制系统及其控制方法，在车辆突然加速时，当高频部分的加速度小于人体感觉阈值时，可以通过角加速度信号对直线加速度信号进行补偿，以实现对人体感觉死区的补偿。再对角加速度的二次滤波器参数进行调整，使得平台的角位移改变尽量小，此时平台由直线运动变为弧线运动，如图2所示。此时驾驶员所感受到的加速度发生变化，改进前输出低于人体感觉阈值的瞬时g力能被感觉到。同时由于通过二次滤波后转化的角位移足够小，因此不会影响平台的输出位移，有效的提高了人体的在平台上的操控感，增加了操控时的舒适度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。

图1是本发明实施例的控制系统的模块图。

图2是图1中的数据处理系统的模块图。

图3是本发明实施例的控制方法的步骤流程图。

图4是图3中的步骤s3）的分步流程图。

图5是图4中的步骤s31）的分步流程图。

图6是人脑前庭系统在stewart平台上的受力分析图。

图7是使用本发明控制方法之前与之后的人脑前庭系统在stewart平台上的运动方向图。

图8是的控制方法的控制流程图。

其中，

1数据获取系统；4数据处理系统；

411第一比例调节器；412第一幅度限制器；

413第一高通滤波器；414第二幅度限制器；

415双二阶滤波器；416第一低通滤波器；

417第一后处理电路；418第二后处理电路；

421第二比例调节器；422第三幅度限制器；

423第二高通滤波器；424第三后处理电路。

具体实施方式

以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

实施例，如图1所示，一种基于洗出算法的stewart平台的控制系统，包括数据获取系统1和数据处理系统4。所述数据获取系统1连接于游戏或是视景系统。一般是通过内存共享或udp等网络通信协议共享数据式的与游戏或是视景系统连接，所述数据获取系统1电连接于所述数据处理系统4。

其中，所述平动方向的侧向加速度和横向加速度，所述侧向加速度和横向加速度均包括第一加速度和第二加速度，所述第一加速度为所述驾驶员前庭系统在stewart的平台上的平动方向的直线运动路径上的加速度，所述第二加速度为平动方向的角加速度。

所述数据获取系统1用于从游戏或是视景系统读取数据，并解析出第一加速度、第二加速度以及获取stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离。

如图2所示，所述数据处理系统4包括线速度处理电路和角速度处理电路。其中，所述线速度处理电路包括第一比例调节器411、第一幅度限制器412、第一高通滤波器413、第二幅度限制器414、双二阶滤波器415、第一低通滤波器416、第一后处理电路417、第二后处理电路418。

其中，所述第一比例调节器411、第一幅度限制器412、第一高通滤波器413、第一后处理电路417相互串联形成第一电路。所述第一比例调节器411用于比例调节第一加速度；所述第一幅度限制器412用于根据第一加速度的波形幅度限制第一加速度的输出范围。所述第一高通滤波器413对第一加速度进行滤波处理，第一后处理电路417用于根据stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离处理第一加速度，并生成带有第一加速度数据的直线位移信号。

其中，所述第一比例调节器411、第一幅度限制器412、第一高通滤波器413、第二幅度限制器414、双二阶滤波器415相互串联形成第二电路。其中，所述第二幅度限制器对第一高通滤波器413处理后的第一加速度的波形幅度进行第二次幅度限制，将所述第一加速度中大于零的高频加速度输出为，小于零的加速度输出为；输出幅值为的高频加速度；所述双二阶滤波器415根据stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离，将所述的高频加速度转换为第四角加速度，并对所述第四角加速度二次积分进行处理，生成带有四角加速度数据的角位移信号。

其中，所述第一比例调节器411、第一幅度限制器412、第一低通滤波器416、第二后处理电路418形成第三电路。所述第二后处理电路418用于根据stewart平台上表面相对于水平面的倾斜角度调节第一低通滤波器416的输出信号以及根据预设的角速度阈值限制经的倾斜角度调节处理后的第一低通滤波器416的角速度并生成相应的位移信号。

所述角速度处理电路包括第二比例调节器421、第三幅度限制器422、第二高通滤波器423、第三后处理电路424，其中，所述第二比例调节器421、第三幅度限制器422、第二高通滤波器423、第三后处理电路424依次串联，形成第四电路。所述第二比例调节器421用于比例调节第二加速度；所述第二幅度限制器414用于根据第二加速度的波形幅度限制第二加速度的输出范围。所述第二高通滤波器423对第二加速度进行滤波处理，第三后处理电路424用于根据stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离处理第一加速度，并生成带有第二加速度数据的角位移信号。

基于上述的洗出算法的stewart平台的控制系统，而实现的控制方法如下。

如图3至图8所示，一种基于洗出算法的stewart平台的控制方法，包括以下步骤。

步骤s1）获取驾驶员前庭系统的加速度。所述步骤s1）中包括以下步骤。如图6所示，步骤s11）定义stewart的平台相对于水平面的倾斜角度为；步骤s12）建立所述驾驶员前庭系统的加速度在平动方向的瞬时输出加速度的关系式：；其中：：stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离，所述stewart平台上表面的方向即为平动方向；：stewart平台上表面的角加速度；：stewart平台上表面相对于水平面的倾斜角度；：直线加速度；：人脑前庭系统感受到的g力。

步骤s2）获取所述驾驶员前庭系统的加速度中的平动方向的瞬时输出加速度。所述步骤s2）包括获取所述平动方向的侧向加速度和横向加速度，所述侧向加速度和横向加速度均包括第一加速度和第二加速度，所述第一加速度为所述驾驶员前庭系统在stewart的平台上的平动方向的直线运动路径上的加速度，所述第二加速度为平动方向的角加速度。

如图4至图5所示，步骤s3）对所述瞬时输入加速度中小于人体阈值这部分的加速度进行补偿处理。所述步骤s3）包括以下步骤。

步骤s31）对所述第一加速度、第二加速度均进行比例调节处理、高通滤波处理，得到处理后的第一加速度、第二加速度。所述步骤s31）还包括对所述第二加速度进行高通滤波处理后，生成带有所述第二加速度数据的第三角位移信号；以及对所述第一加速度进行高通滤波处理后生成带有第一加速度数据的直线位移信号。

所述步骤s31）中还包括以下步骤：步骤s311）在第一加速度进行比例调节处理后，得到用于平动方向低通通道输出的第三加速度。

步骤s312）对所述第三加速度依次进行低通滤波处理、根据所述倾斜角度进行倾斜调节，得到处理后的带有第三加速度数据的第一角位移信号。

步骤s32）将处理后的所述第一加速度中大于零的高频加速度输出为，小于零的加速度输出为；输出幅值为的高频加速度。

步骤s33）根据stewart平台上表面的中心到人脑前庭系统距离，将所述的高频加速度转换为第四角加速度，并对所述第四角加速度进行处理。在该步骤中，对所述第四角加速度进行二次积分处理后得到带有第四角加速度数据的第二角位移信号，将所述第二角位移信号之叠加到所述第一角位移信号。

步骤s34）将处理后的所述第四角加速度补偿给处理后的所述第二加速度。在该步骤s34）中包括将所述第二角位移信号之叠加到所述第一角位移信号之后再次叠加到所述第三角位移信号上，生成平动方向的侧向加速度或横向加速度的角位移信号。

步骤s4）对补偿处理后的输入加速度进行整合，得到stewart的平台的平动方向的实际输出加速度。在该所述步骤s4）中包括整合平动方向的侧向加速度和横向加速度的直线位移信号作为平动方向输出的直线位移信号；整合平动方向的侧向加速度和横向加速度的角位移信号作为平动方向输出的角位移信号。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。