01
绪论与平台概述
Stewart平台发展史、应用场景(飞行模拟器、并联机床、天文望远镜)、六自由度概念。
背景六自由度
02
机构学基础
空间机构自由度计算(Kutzbach-Grübler公式)、上下平台几何描述、铰点位置向量定义。
自由度几何
03
运动学反解(IK)
位置反解数学模型、支腿长度计算、雅可比矩阵的几何推导。
IK雅可比
04
运动学正解(FK)
数值解法(Newton-Raphson)、解析解法概述、正解在实时控制中的挑战。
FK数值法
05
速度与加速度分析
支腿速度与平台速度映射、加速度传递关系、科里奥利力项。
运动学科氏力
06
动力学建模方法概述
牛顿-欧拉法、拉格朗日法、凯恩法的对比与选择。
建模方法对比
07
牛顿-欧拉法建模(上)
单腿受力分析、液压缸/电动缸动力学、关节空间动力学方程。
牛顿-欧拉关节空间
08
牛顿-欧拉法建模(下)
平台体动力学、支腿与平台耦合、完整动力学方程组装。
耦合组装
09
拉格朗日法建模
动能与势能计算、拉格朗日函数推导、广义力与驱动力矩。
拉格朗日广义力
10
凯恩法建模
偏速度与偏角速度、广义主动力与广义惯性力、递推算法。
凯恩法递推
11
动力学模型简化
忽略连杆惯量、集中质量法、简化模型对控制精度的影响。
简化集中质量
12
摩擦与间隙建模
关节摩擦(Stribeck模型)、铰链间隙影响、迟滞效应。
摩擦间隙
13
液压系统动力学
伺服阀流量方程、液压缸力平衡、油液压缩性与刚度。
液压伺服阀
14
电动缸系统动力学
永磁同步电机模型、滚珠丝杠传动效率、惯量折算。
电动缸PMSM
15
力控制基础
力/位混合控制概念、阻抗控制原理、导纳控制原理。
力控阻抗
16
关节空间力控制
基于动力学前馈的PID力控、计算力矩法、鲁棒控制。
关节空间前馈
17
任务空间力控制
笛卡尔空间阻抗控制、刚度与阻尼调节、自然约束与人造约束。
任务空间阻抗
18
零力控制与拖动示教
重力补偿原理、摩擦力补偿、末端外力估计。
零力拖动示教
19
力/位混合控制实现
选择矩阵设计、任务分解、控制律综合。
混合控制选择矩阵
20
自适应力控制
模型参考自适应控制(MRAC)、自校正调节器、参数辨识。
自适应MRAC
21
鲁棒力控制
滑模控制、H∞控制、μ综合在力控中的应用。
鲁棒滑模
22
非线性力控制
反步法、反馈线性化、非线性扰动观测器。
非线性反步法
23
力控制仿真环境搭建
MATLAB/Simulink模型、Simscape Multibody物理引擎、实时仿真。
仿真Simscape
24
实时控制系统实现
EtherCAT总线、实时操作系统(RTOS)、控制周期抖动分析。
实时EtherCAT
25
传感器与数据采集
六维力/力矩传感器、编码器、加速度计、信号滤波。
传感器数据采集
26
系统标定与辨识
运动学标定(D-H参数)、动力学参数辨识(加权最小二乘)、摩擦力参数辨识。
标定辨识
27
典型应用案例1:飞行模拟器
运动平台——洗出算法与力反馈。
飞行模拟洗出算法
28
典型应用案例2:精密并联机床
恒力磨削与主动振动控制。
并联机床恒力磨削
29
典型应用案例3:船舶稳定平台
海浪补偿与抗扰动控制。
稳定平台海浪补偿
30
课程总结与前沿展望
学习路线图、常见问题FAQ、未来趋势(学习控制、数字孪生)。
总结数字孪生