伺服驱动的智能柔性机械臂的振动主动控制研究

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机器人和航空航天是21世纪两个非常重要的发展领域。近几年,随着成本、执行速度和运输便利性的要求不断提高,轻质量的智能柔性机械臂应用也越来越广泛。由于智能柔性机械臂具有质量轻、刚度低、挠度大和模态频率低等特点,容易产生长时间、低频率的振动,这将严重影响系统控制的精度和速度。  本文在国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助下,以智能柔性机械臂的运动控制和振动抑制技术为研究背景,以一类伺服电机驱动和压电致动器为基础的智能柔性机械臂为研究对象,组建了相关的实验平台,重点探讨了系统的动力学模型、控制算法应用和柔性机械臂的振动主动控制问题,以提高系统的控制速度和精度为目标,通过理论分析、数值仿真以及相关的实验论证等方法,提高了伺服驱动的智能柔性机械臂的振动控制效果,特别的,在小范围内可以实现振动的完全抑制。  首先,本文针对研究对象,采用假设模态法和Hamilton原理相结合的方法,建立了柔性机械臂的动力学方程,并在Matlab中进行数值仿真,得出了电机位移曲线和柔性机械臂的振动曲线,为之后的系统特性分析、控制算法以及控制器设计提供了理论基础。结合控制算法,利用压电致动器对柔性机械臂进行振动控制,并分别进行了相应的数值仿真和稳定性分析。  其次,组建了多通道、多路数据融合的智能柔性机械臂实验测控平台。该平台能实现柔性机械臂的伺服控制,对整个系统的刚性运动和柔性振动状态参数进行实时监控、分析和存储,结合多种控制算法,利用压电致动器对智能柔性机械臂进行振动的主动控制,控制效果的比对等内容。  最后,在该装置的基础上进行了相关的实验,研究了智能柔性机械臂的模态特性、压电致动器的驱动能力、分析不同控制算法对运动中的柔性臂系统的振动抑制效果。
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