基于同时设计的柔性机械臂系统建模和控制优化

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该文以同时设计在柔性机械臂系统设计中的应用为主题,对系统进行机电一体化设计与控制.以单连杆柔性机构臂系统为研究实例,建立系统的动力学模型,进行模型降阶,提出了基于不同控制策略的同时设计方案,并进行了数值仿真.该文首次讨论了同时设计与多学科设计优化,并行工程,及结构和控制一体化设计等的理论相似性,及其各自的特点及异同之处.将同时设计引入柔性机构臂系统设计中,意味着从总体设计的角度,对组成柔性机械臂系统的驱动器,柔性机构臂,传感器及控制器进行综合和整体优化.该文建立了系统同时设计和优化具体应用的框架.该文提出了两个柔性机械臂同时设计方案,分别采用不同的控制策略.基于PID控制器的柔性机械臂同时设计方案,在建立柔性机械臂系统总体模型的基础上,将系统动态性能指标转化为包含结构、传感器和PID控制器参数的优化目标函数,采用改进的遗传算法进行全局寻优,得到优化的机械臂结构(刚度分布)和控制器参数.数值仿真表明,优化的PID控制器和优化结构的柔性机械臂结合,可在一定程度上抑制机械臂柔性振动,但是系统的鲁棒性有待提高.
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