随着工业和科技的快速发展,机械臂等转臂设备的定位精度要求不断提高,柔性机械臂的研究广泛应用于机器人、航空航天和智能制造等领域。柔性机械臂因其材质具有柔性,旋转过程中会产生弹性变形。因此柔性机械臂运动可分解为大范围、低频的刚体运动和小变形、高频的柔性运动,二者相互耦合,互相影响。柔性机械臂的刚柔强耦合特性使得其控制精度下降,可靠性降低,因此对柔性机械臂的动态模型和振动抑制进行研究。主要研究内容如下:首先,以振动力学为基础,建立柔性机械臂横向振动偏微分方程,并结合边界条件,求解模态振型函数。采用假设模态法描述臂杆的弹性振动变形,进而利用Lagrange方程建立柔性机械臂的动力学方程。同时考虑空气阻力的影响,求得考虑风阻的动态模型。并通过数值仿真,分析柔性机械臂的前六阶模态和运动状态的动力学特性,为振动抑制控制策略提供相应的依据。同时利用风阻模型仿真,分析空气阻力对柔性机械臂动力学特性的影响。其次,采用奇异摄动法将柔性机械臂系统分解为双时间尺度系统:刚性运动的慢时标子系统和柔性运动的快时标子系统。通过数值仿真,比较了双时间尺度系统和原系统的误差,验证了双时间尺度模型的精确性。对慢时间尺度动态,采用自适应滑模控制实现柔性机械臂的轨迹跟踪;基于快时间尺度模型,设计线性二次型最优控制,实现振动抑制的目的;将快、慢时间尺度模型控制器结合,构造出柔性机械臂的双时间尺度组合控制器,并在MATLAB/Simulink仿真中验证了组合控制的可行性和有效性。最后,考虑柔性机械臂快时标子系统的模型不确定性,建立其不确定系统模型。针对快时标子系统,采用H_∞控制抑制其弹性振动;针对慢时标子系统,采用滑模控制实现柔性机械臂的轨迹跟踪,将快、慢时间尺度模型控制器叠加为柔性机械臂的组合控制器。通过仿真验证了H_∞控制对系统干扰和参数不确定性具有很好的抑制效果,在组合控制下,柔性臂系统快速实现轨迹跟踪。