柔性机械臂控制系统及力/位置控制算法研究

【摘要】： 本文以双连杆柔性机械臂为研究对象,进行了针对这种系统的力/位置控制算法的研究,给出了一种滑模自适应控制方法,同时对实验台控制系统的硬件部分进行了设计和搭建。 首先,基于Lagrange方程,利用假设模态法和高频模态截断,为双连杆柔性机械臂在相对坐标系下建立了考虑一阶弹性模态的动力学模型。 其次,利用奇异摄动理论,将约束双连杆柔性机械臂模型分解为表征大幅整体运动的慢变子系统和表征小幅弹性振动的快变子系统。 然后,针对两个子系统分别设计了控制器。针对慢变子系统,可以看作刚性机械臂情况,对其进行了滑模自适应控制器的设计;针对快变子系统,为了有效的抑制弹性振动,在快时标中为其设计了最优控制器。之后给出了混合控制律并进行了控制算法的数值仿真研究,给出了仿真结果,证明了在存在模型不确定性和外界干扰有界的情况下此方法实现双连杆柔性机械臂力/位置控制的有效性。 最后,结合本实验室柔性机械臂动力学与控制实验平台,全面阐述了双连杆柔性机械臂实验台的结构和硬件组成。对其各个部分,尤其是电路部分进行了详细的说明。