收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

液压柔性机械臂动力学建模与控制研究

徐彦  
【摘要】: 大型、轻质和快速运行的机械部件的广泛应用促使柔性多体系统动力学得到了越来越多的关注,并为这一学科提供了广阔的发展空间。本文以柔性机械臂为研究对象,深入地研究了液压柔性机械臂动力学建模以及其相关的问题、柔性机械臂在标称运动附近振动的固有频率问题和对液压柔性机械臂末端位置的控制问题。论文的主要内容由以下四个方面组成: (1)与柔性机械臂建模相关的问题。主要分析了柔性机械臂结构的近似方法,这个问题是柔性机械臂建模的一个关键问题,完成的工作主要有:(a)个别文献对三维柔性机械臂质量矩阵公式表达不十分准确,本文基于三维有限元法推导了三维柔性机械臂的质量矩阵公式;(b)两节液压柔性机械臂臂架的约束条件较多,因此动力学边界问题较为复杂,不适合用假设模态法对柔性机械臂的结构进行近似处理。本文采用有限元法对柔性机械臂进行结构的近似,用单元节点的位移和转角表示柔性机械臂的弹性坐标,这种结构近似方法能够获得比较高的模型近似程度。还分析了基于密度函数法的带有末端质量的柔性机械臂建模方法,具体方法是将臂杆和末端质量视为一个整体,用狄拉克函数定义其密度。该方法的运用使柔性机械臂动力学模型的推导过程得到简化。(c)通过虚功原理求广义力也是用拉格朗日方程推导动力学模型的一个步骤,本文分析了拉杆内力对应的广义力的求解方法,在此基础上提出了弹性体广义内力的求解方法,即在弹性体所在的动坐标系下对广义内力进行求解。 (2)液压柔性机械臂的建模问题。在对液压柔性机械臂建模的研究中,分别以CC2500起重机为例建立了单节柔性机械臂动力学模型和以两节液压柔性机械臂系统为研究对象,建立了机电液一体的完备动力学方程,并进行了柔性机械臂动力学行为的仿真研究。 (3)柔性机械臂在非线性惯性场中随动坐标系大范围刚性转动的同时自身弹性振动的固有频率问题。柔性机械臂在随动坐标系作大范围刚性转动的同时,自身经历着弹性变形运动,而且这两种运动强烈耦合。刚柔耦合使得柔性机械臂在标称运动附近振动的固有频率问题的复杂性增大,固有频率不再是一个固定值,而是随着大范围刚性转动的角速度的变化而变化。在这个问题上学者们已经给出定性的结论,并为相关的后续研究提供了宝贵的经验,但是对固有频率产生变化的原因和对其进行定量计算的文献却比较鲜见。本文从固有频率发生变化的根本原因入手,以非线性位移场和动力刚化理论为基础,建立了柔性机械臂在标称运动附近振动的动力学模型,用复模态方法进行了模态分析。仿真结果显示,柔性机械臂在标称运动附近振动的固有频率随大范围刚性转动角速度的增大而增大,当转动角速度较高时,这种情况尤为明显。当转动角速度低时,固有频率接近于某个常数。 (4)对单节和两节液压柔性机械臂末端位置控制的问题。 在对单节液压柔性机械臂末端位置的控制方法研究中,以液压起重机为研究对象,采用模糊控制方法对起重机吊臂末端位置进行控制。由于模糊控制器语言变量控制规则能够使复杂系统解耦,因此模糊控制方法的运用使得对吊臂转角位移的轨迹跟踪控制和对吊臂的弹性振动控制可以各自独立地进行。参照有关文献的方法,本文同样将吊臂的转角系统称为慢变子系统,弹性振动系统称为快变子系统,通过对两个子系统的独立控制实现对吊臂末端位置的控制。由吊臂转角与吊臂末端标称位移的刚性几何关系确定吊臂转角期望值,首次将模糊PD控制运用到对大型起重机变幅过程吊臂转角位移的轨迹跟踪控制中;用模糊方法对吊臂的弹性振动加以控制。这方面的主要工作有:(a)分析了系统稳定性,并提出校正方案,确定了模糊PD控制器的参数初始值;(b)用模糊的非线性方法对模糊PD控制器两个参数的增量实现在线整定,对慢变子系统进行模糊PD控制;(c)用模糊控制法对吊臂弹性振动加以控制。 在对两节液压柔性机械臂的末端位置控制的方法研究中,完成的工作有:(a)分别采用基本类型的模糊控制法和模糊PD控制法对上下两节臂关节转角进行位移的轨迹跟踪控制;(b)用上节臂末端在连续三个时刻的位移平均值与中间时刻的位移之差作为偏差,用模糊控制法消除上节臂的弹性振动,(c)通过对两节臂转角和弹性振动的控制实现对上节臂末端位置的控制。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 岳士岗,余跃庆,白师贤;重载下的柔性机械臂的动力学耦合特性[J];机器人;1996年04期
2 王大龙,陆佑方,陈塑寰,李晓光;双连杆柔性机械臂的非线性轨迹跟踪控制[J];吉林工业大学学报;1996年02期
3 王兴松;带载柔性机械臂固有频率确定及其减振器设计[J];东南大学学报(自然科学版);1997年05期
4 张铁民,郭治,刘又午;带有加速度反馈的柔性机械臂振动控制[J];中国机械工程;1998年09期
5 田彦涛,尹朝万,王殿方,王大龙;柔性机械臂运动轨迹的鲁棒自适应控制[J];机器人;1995年05期
6 毕士华,黄文虎,邵成勋;带滑移/转动镇的柔性机械臂的动力响应和特性分析[J];哈尔滨工业大学学报;1994年02期
7 张铁民,李成元;带有反馈控制的柔性机械臂动态研究与振动控制[J];机械工程学报;2000年03期
8 张铁民,李贵涛,梁莉;带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制[J];机械工程学报;2002年03期
9 李光,Amir Khajepour;基于滑模技术的单杆柔性机械臂的调节控制[J];株洲工学院学报;2003年02期
10 王世军,黄玉美,王凯;柔性机械臂关节刚度的一种间接测量方法[J];机床与液压;2004年08期
11 刘才山,王建明,阎绍泽,刘又午;柔性机械臂非线性动力学模型及控制的研究[J];振动工程学报;1998年02期
12 刘广瑞,刘又午,金国光;柔性机械臂非并置式模型参考自适应控制[J];中国机械工程;2000年06期
13 刘广瑞,刘敏,王建明,张新义;末端有集中质量的柔性机械臂的动力学与控制模型[J];山东工程学院学报;1997年04期
14 毕士华,费从宇,黄文虎,邵成勋;柔性机械臂的两种逆动力学方法[J];应用力学学报;1996年03期
15 刘广瑞,刘丽冰,刘又午;柔性机械臂的 H∞ 鲁棒控制[J];河北工业大学学报;1998年02期
16 邱志成,谢存禧,张洪华,吴宏鑫;压电柔性机械臂的主动振动控制研究[J];机器人;2004年01期
17 王树新,蒋铁英,张铁民,阎绍泽,刘又午;柔性机械臂的动力学分析与实验研究[J];中国机械工程;1995年06期
18 刘才山,王连印,王建明,宋世军;柔性机械臂动力学建模及非线性控制器设计[J];山东建筑工程学院学报;1997年03期
19 刘广瑞,刘又午,刘敏;柔性机械臂末端位置的变结构模型参考自适应控制[J];机器人;1998年04期
20 肖志权,崔玲丽;基于遗传算法的柔性机械臂的同时优化设计[J];机器人;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范纪华;章定国;;柔性机械臂系统动力学离散方法的研究[A];第七届全国多体系统动力学暨第二届全国航天动力学与控制学术会议会议论文集[C];2011年
2 王国利;;柔性机械臂内动力学因果与反因果的对分研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
3 王国利;;柔性机械臂的正则化轨迹规划方法[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1996年
4 郎英彤;邹建奇;张宪滨;钱坤;;柔性机械臂逆运动学分析中各种算法的研究现状[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2011年
5 蔡国平;;柔性机械臂主动控制中的时滞问题[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
6 李迅;刘新建;马宏绪;张彭;;单柔性机械臂变结构控制[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
7 袁野;田彦涛;李大芃;;柔性机械臂运动轨迹的自适应神经元控制器[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(下册)[C];1995年
8 郝长中;陶泽;;二杆柔性臂主动振动控制的研究[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
9 滕悠优;蔡国平;;柔性机械臂的非线性主动控制[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
10 张国琪;丁建钊;吴宏鑫;;基于特征模型的柔性机械臂自适应补偿控制[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张庆;组合柔性机械臂动力学特性与振动抑制性能的研究[D];南京理工大学;2010年
2 徐彦;液压柔性机械臂动力学建模与控制研究[D];东北大学;2008年
3 李光;液压柔性臂的动力学及控制研究[D];中南大学;2003年
4 屠立;柔性机械臂集成建模与结构控制优化设计技术[D];浙江大学;2009年
5 陈思佳;刚—柔耦合问题与空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论研究[D];南京理工大学;2012年
6 田强;基于绝对节点坐标方法的柔性多体系统动力学研究与应用[D];华中科技大学;2009年
7 陈龙祥;结构振动的时滞反馈控制及其实验研究[D];上海交通大学;2009年
8 徐亚兰;压电柔性结构的建模、参数辨识与振动主动控制[D];西安电子科技大学;2006年
9 曹小涛;基于分布参数模型的柔性臂系统控制方法研究[D];吉林大学;2008年
10 于影;舰船航行纵向补给对接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 洪芸芸;压电柔性机械臂振动控制及实验研究[D];华东交通大学;2013年
2 樊猛;柔性机械臂路径优化及控制[D];西安电子科技大学;2010年
3 杨康华;柔性机械臂的振动控制与实验研究[D];北京邮电大学;2011年
4 俞爱兰;柔性机械臂振动控制及优化研究[D];华东交通大学;2011年
5 姚威;空间大负载柔性机械臂轨迹跟踪策略研究[D];北京邮电大学;2013年
6 刘国藩;空间型柔性机械臂的动力学分析[D];西安电子科技大学;2010年
7 陈斌;组合柔性机械臂抑振性能研究[D];南京理工大学;2012年
8 俞晓瑾;柔性机械臂的运动学和动力学建模及视觉伺服控制[D];上海交通大学;2013年
9 吴忠伟;基于滑模变结构的输入成形控制方法研究[D];长春工业大学;2013年
10 魏进;空间柔性机械臂的动力学建模和分析[D];哈尔滨工业大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978