壓電柔性臂沖擊振動的瞬態(tài)響應(yīng)及其抑制研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,柔性機械臂被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、精密機械加工等工程領(lǐng)域中,質(zhì)量輕、耗能低、精度高、載荷質(zhì)量比大等優(yōu)點使其成為近年來研究的前沿和熱點。在實際應(yīng)用過程中,由于現(xiàn)代工業(yè)對柔性臂的運動及定位精度要求日益嚴(yán)格,結(jié)構(gòu)的彈性振動就成為限制其應(yīng)用范圍的主要障礙,尤其是當(dāng)柔性機械臂受到?jīng)_擊載荷作用時,不但會致使機械臂末端運動誤差增大,還會致使機械臂損壞。因此,本文主要研究了壓電柔性臂在壓電驅(qū)動元件上電瞬間及電機啟動與停止時所帶來

2、的沖擊振動及其抑制方法。
　　以單桿柔性臂和雙連桿柔性臂作為研究對象,將貼有壓電片的單柔性機械臂和雙連桿柔性機械臂分別看作懸臂梁和Euler-Bernoulli梁,采用假設(shè)模態(tài)法和拉格朗日方程推導(dǎo)系統(tǒng)耦合動力學(xué)方程,在此基礎(chǔ)上考慮沖擊的瞬態(tài)作用對模型的影響,建立起柔性機械臂的剛-柔耦合沖擊動力學(xué)模型,研究機械臂系統(tǒng)的沖擊動力學(xué)特性。應(yīng)用Matlab軟件對動力學(xué)模型進(jìn)行仿真分析,并分析了壓電驅(qū)動器上電時柔性機械臂系統(tǒng)內(nèi)部各頻率分量。

3、
　　分析了標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法和不完全微分型PID控制算法的區(qū)別,指出了不完全微分型PID控制算法在對系統(tǒng)輸入有階躍激勵時振動控制的優(yōu)點。基于Simulink仿真平臺,分別采用兩種控制算法對單桿柔性臂和雙連桿壓電柔性機械臂的沖擊振動進(jìn)行主動控制,仿真結(jié)果表明了采用不完全微分型PID控制器較常規(guī)整PID控制算法更能有效地對壓電元件上電瞬間的沖擊振動進(jìn)行抑制,在控制性能、適應(yīng)性方面優(yōu)勢明顯。
　　利用基于工控機為核心的柔性機械臂

4、振動實時控制平臺,分別對單桿柔性機械臂和雙連桿柔性機械臂在壓電驅(qū)動元件上電瞬間、驅(qū)動電機的啟動與停止時引起的柔性臂沖擊振動抑制進(jìn)行實驗研究。采用壓電陶瓷片作傳感器和作動器,比較了兩種抑振方法的抑振特性,實驗結(jié)果證明了控制方法選擇的合理有效性。
　　本文從壓電驅(qū)動元件上電瞬間對柔性臂系統(tǒng)的沖擊入手來研究雙驅(qū)動壓電柔性臂的瞬態(tài)沖擊響應(yīng)。研究內(nèi)容包括單、雙桿柔性臂在壓電元件上電瞬間的沖擊動力學(xué)模型建立與仿真分析,振動控制算法的選擇,沖擊