面向帶輸入輸出約束的柔性機械臂的控制算法設(shè)計.pdf

1、在對深海開發(fā)，深空探測等未知領(lǐng)域的不斷探索過程中，高精度的工作要求或是惡劣的工作環(huán)境促使機械臂的作用越來越明顯。隨著機械臂的作用范圍的擴大，生產(chǎn)過程中所面臨的嚴(yán)苛實際問題以及工程中提出的苛刻的功能指標(biāo)，將激發(fā)對于機械臂的進(jìn)一步研究。傳統(tǒng)的機械手臂大多是采用剛性的機械材料，在一般的工程環(huán)境下，能很好地滿足具體的操作要求。但是，這樣的機械設(shè)計將不可避免的增加機械臂的質(zhì)量，降低系統(tǒng)的靈活性以及增大機械臂的功耗。這些缺陷對于很多的系統(tǒng)是不可忍受

2、的。為了克服傳統(tǒng)機械臂的各項缺點，采用更為輕便的柔性材料是不錯的選擇，因其質(zhì)量輕、柔韌性好、能耗低等優(yōu)點，使得柔性材料在各個領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注與應(yīng)用。然而正是因為柔性材料柔韌性強的特性，材料自身就必然易于受到外界環(huán)境擾動的影響，從而產(chǎn)生強烈的機械振動，降低系統(tǒng)的性能以及精度，甚至損毀機械結(jié)構(gòu)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。如何有效的抑制柔性結(jié)構(gòu)的振動問題，是一個急于解決的課題。
　　在本文中，將主要以柔性機械臂為研究對象，深入的研究機

3、械臂系統(tǒng)的振動控制問題，位置跟蹤問題以及輸入輸出約束的問題。首先，運用哈密頓原理，得到一組偏微分方程和常微分方程來描述柔性機械臂的動力學(xué)特性。本文將研究兩類具體的柔性機械臂模型，歐拉伯努利梁結(jié)構(gòu)和鐵木辛柯梁結(jié)構(gòu)，對于這兩類柔性梁結(jié)構(gòu)，設(shè)計主動的邊界控制方法。針對帶非線性輸入約束的問題，設(shè)計一種可實現(xiàn)的邊界控制策略，補償帶輸入約束的非線性特性，并有效地抑制系統(tǒng)的振動。針對帶輸出約束的問題，構(gòu)造障礙李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計一種新的邊界控制率，并