柔性机械臂作为刚柔耦合多体动力学系统的典型代表,广泛应用于航空航天、机器人及现代智能制造领域中。对比体积庞大的刚性机械臂,柔性机械臂具有低耗能、操作空间大、载荷自重比高等优点。在实际的操作过程中,柔性机械臂的运动往往由大范围的刚体运动和由柔性体的弹性变形引起的弹性振动组成。这两种不同的运动形式使得柔性机械臂系统是一个非线性的刚柔耦合时变系统。由于弹性振动的存在,使得柔性臂在运动过程中的定位精度下降,甚至降低系统的可靠性。针对柔性臂的振动问题,本文根据当前国内外关于柔性系统动力学建模及弹性振动控制领域里的研究成果,对单连杆柔性机械臂的动力学特性和振动控制问题进行研究。主要研究内容如下:首先,以结构力学和机械振动为基础,建立末端具有集中质量的单连杆柔性机械臂的数学模型,采用假设模态方法描述柔性机械臂弹性变形并进行动力学分析。基于Lagrange方程建立柔性臂的动力学方程并推导出状态空间表达式,分析柔性臂的前六阶模态,为后续的振动控制器设计和实验仿真提供依据。其次,采用反馈控制的形式,根据线性二次型最优控制的基本原理,运用线性二次型最优控制对柔性机械臂进行振动控制。选取不同的加权矩阵,实验结果证实能有效抑制柔性臂末端弹性振动。采用遗传算法搜索最优的加权矩阵,优化后的线性二次型最优控制与优化前相比,能更快的衰减末端振动能量,改善振动抑制效果。最后,采用前馈控制的方式,研究柔性机械臂的弹性抑振问题。分析在不同轨迹规划函数下的角位移及角速度,采用遗传算法优化基于五次多项式函数轨迹规划下的柔性机械臂运动轨迹。利用五次多项式函数插值得到优化后的最优振动控制轨迹曲线。与优化前的运动轨迹相比,优化后的柔性机械臂在最优轨迹控制下能有效衰减末端残余振动能量。研究内容和实验结果不仅对单杆柔性机械臂系统的动力学建模及振动控制有实用价值,而且也为更复杂的柔性系统研究提供了方法和思路。