基于能量法的柔性機械臂主動控制研究.pdf

1、柔性機械臂由于具有高的負(fù)載/自重比、質(zhì)量輕、功耗低等特點，被廣泛應(yīng)用于各種移動機器人或者平臺上，在空間探索、軍事偵察、反恐排爆和家庭服務(wù)等領(lǐng)域占據(jù)越來越重要的地位。由于輕質(zhì)材料具有耗能低、結(jié)構(gòu)尺寸小等優(yōu)點，使得其廣泛的運用于機械臂領(lǐng)域中，但是輕質(zhì)材料不可避免的存在柔度較大的缺點，這使得柔性機械臂在運動過程中產(chǎn)生變形，從而造成機械的振動。在航空、航天等高精度和高安全性領(lǐng)域中，輕微的振動都有可能造成十分嚴(yán)重的后果，所以研究如何控制柔性機械臂

2、的振動是十分重要的一個課題。
　　針對這一復(fù)雜的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，本文首先利用 Lagrange方程建立了其動力學(xué)模型。其中采用有限段法對連續(xù)的振動模型進(jìn)行離散化處理。仿真的結(jié)果表明該離散方法與傳統(tǒng)的有限單元法、假設(shè)模態(tài)法結(jié)果相同，均能完整地描述柔性機械臂的動力學(xué)特性。這為以下基于能量的控制方法研究奠定了基礎(chǔ)。
　　建立數(shù)學(xué)模型以后，本文將一種控制方法（能量法）引入到柔性機械臂的控制中，通過李雅普諾夫收斂定理對能量法作用于柔性系

3、統(tǒng)進(jìn)行計算，驗證了系統(tǒng)是收斂的，然后在時域上計算和分析數(shù)學(xué)模型，分析其反饋量參數(shù)與影響因子之間的變化規(guī)律，從而得出合適的取值范圍。再運用軟件仿真，根據(jù)仿真圖形對比驗證模型是否正確。在有了數(shù)學(xué)模型和減振控制后，進(jìn)行空間柔性機械臂的動力學(xué)仿真。分別以單柔性機械臂和雙柔性機械臂為對象，分析在不同控制方法下（PID控制方法與能量法控制方法）各個節(jié)點的振動量、末端端點振動量和機械臂轉(zhuǎn)角角度的動力學(xué)相響應(yīng)曲線。然后基于這兩個仿真的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比。