单连杆柔性机械手的建模与控制策略研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffbee
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本文研究了单度柔性连杆的响应,该柔性连杆的一个固定端附着在直流伺服电动机的旋转基座上,自由端具有一个点质量,并通过应用La Grange-Euler方法获得系统的动力学模型。拉格兰奇的运动方程式。在柔性连杆操纵器的情况下,控制目标是实现所需的末端执行器轨迹跟踪并抑制末端执行器的振动。这种系统的控制设计需要精确的动态模型,以获得所需的性能要求。过去,许多基于模型的控制器都是为柔性链接操纵器开发的。柔韧性导致末端执行器振动。机电模型通过有限元建模分别提出,最优控制设计通过仿真综合。当前的研究主要是为了在应用常规控制器(例如PID)时调节在控制非线性柔性链接中遇到的主要问题,并着重强调诸如线性二次调节器(LQR)控制器之类的最佳控制功能,以改善链接的动态响应。。提出了由机械模型和电气模型组成的单连杆柔性机械手的仿真结果,以比较每个控制器在轨迹跟踪和振动抑制方面的性能。在Ansys的帮助下完成了有限元分析仿真,以获取实验值。在MATLAB中开发了通用代码,以导出用于数值仿真和控制设计的柔性机械手的单度动力学模型。在动态公式化中,最小作用原理用于导出用于通用目的的绝对坐标系中的运动方程。由比例-积分-微分(PID)控制动作组成的适度控制策略可用于刀尖位置控制和刀尖偏斜补偿。此外,还设计并实施了LQR控制器以改善链接的动态性。动态模型验证和基于模型的控制器的性能在单个灵活链接操纵器上进行了实验测试。数值和实验结果表明,对结果的评估表明,LQR控制器在控制末端执行器上的振动与PID控制器相比具有更好的响应。给出并讨论了仿真结果,以显示LQR相对于其他常规控制器的效率。大多数情况下,仿真是在MATLAB环境中进行的,结果证实了所提出控制器的效率。
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