柔性关节机械臂伺服系统振动抑制研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pan2009pan
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电驱动机械臂广泛应用于搬运、焊接、钣金折弯、医疗等领域。其由关节伺服系统进行驱动,实现机械臂的运行。然而关节处由于柔性环节的存在导致系统存在振动现象,严重影响了位置控制精度。本文针对机械臂关节柔性带来的机械振动问题进行了研究。分析了柔性关节机械臂垂直运动和水平运动时负载转矩变化规律,建立了考虑变刚度系数和大减速比的柔性关节机械臂伺服系统数学模型,通过系统控制框图和传递函数,采用频域分析法和机电等效电路法分析了产生系统振动的原因。分析了刚度系数、转动惯量等参数对系统振动的影响程度。针对柔性环节存在带来系统振动问题,提出了基于动态转矩反馈的振动抑制策略。基于频域法给出了带有柔性环节伺服系统的转速环控制器参数整定规则,位置环控制器采用比例速度前馈的复合控制策略并基于工程法给出了位置环控制器参数的整定规则。在原有三环控制的基础上,通过所设计的轴转矩降维观测器获取实时轴转矩,电磁转矩与轴转矩作差构成动态转矩,动态转矩经反馈系数反馈至转速环输出,引入动态转矩控制器构成动转矩闭环,实现四环控制。推导了引入动态转矩反馈控制后电磁转矩到电机转速的传递函数,分析了振动抑制机理。通过模型搭建及仿真结果表明,采用本文提出的动态转矩反馈的振动抑制控制策略能够大大减小由柔性环节带来系统振动的问题。针对机械臂在垂直运动过程中存在负载转矩实时变化特点带来转速波动依然较大的问题,在原有引入动态转矩反馈控制策略基础上,采用了以动态转矩作为调整依据的转速环变增益PI控制方法。通过转速环轴转矩扰动模型,基于频域法得出了轴转矩与转速环PI控制器参数的关系,设计了转速环变增益PI控制器并给出了PI参数的调整策略。通过仿真分析验证,振动抑制效果明显,抗扰能力强,位置控制误差小,满足系统运行需求。
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