基于ARMAX的压电柔性臂实验辨识及振动主动抑制研究

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具有质量轻、能耗低及移动灵活方便等优点的柔性构件在航空航天、机器人及制造领域得到了广泛应用,但是柔性构件在外界干扰作用下极易产生持续的弹性振动,严重影响了系统的定位精度和稳定性。因此本文基于压电材料开展压电柔性结构的建模及振动抑制研究具有一定的理论意义和应用价值。本文以压电柔性机械臂为研究对象,主要从系统建模与振动控制策略两方面进行研究。首先根据研究对象完成了硬件系统和测控软件系统的搭建,其中柔性机械臂为悬臂形式,测控系统基于NI-Lab VIEW平台,该测控系统可实现扫频激励信号和任意信号的输出。通过扫频激励实验获得柔性机械臂系统的输入输出数据,基于ARMAX模型,借助MATLAB辨识工具箱确立了系统辨识模型,其辨识精度高达97.9%。针对高阶辨识模型,采用平衡截断降阶法进行降阶,平衡截断降阶法可以保持降阶系统的可控性、可观性及稳定性,尤其适用于模态密集型柔性机械臂系统,为验证降阶模型与实际系统的吻合程度,进行了多频激励实验证实了降阶模型与实际结构具有较高的吻合度。其次,针对柔性臂的振动控制问题,提出了一种基于最优极点移动的线性二次型控制方法。在确定加权矩阵的过程中,从求逆的角度出发,通过移动系统极点来确定状态加权矩阵,该方法简单有效地解决了状态及控制加权矩阵的选择问题,避免了对Riccati方程的求解,具有明显的物理工程意义;数值仿真及实验验证验证了所采用的控制算法的有效性。该控制方法有效抑制了柔性机械臂的弹性振动,大大缩短了其振动衰减的时间,提高了系统的末端定位精度。
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