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基于奇异摄动机械臂协调操作柔性负载系统控制研究

唐志国  
【摘要】: 机械臂已经被广泛应用于各种场合,到目前为止大多数研究操作对象都是刚性的,然而现实中有很多柔性负载,对它们的研究有着很重要的意义。于是本文结合国家自然科学基金项目“机械臂协调操作柔性负载系统动力学与控制研究”进行了一些研究。 本文针对机械臂协调操作柔性负载在前人工作的基础上基于拉格朗日方程和有限元法,建立了协调控制系统的动力学模型。为了使系统有一个统一坐标形式,给出了关节角坐标,末端执行器坐标与物体坐标之间的转换关系,在物体坐标下建立了协调系统的刚性动力学方程与弹性振动方程,简要分析了系统模型的一些特性。 为了寻求简化的控制方法,结合奇异摄动法把协调系统分解为表征约束刚体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。针对慢变子系统,应用了模糊滑模控制方法,以完成系统良好的跟踪性能,同时减小了滑模控制中的抖振现象。针对快变子系统,设计了最优控制方法,以抑制系统的弹性振动。 最后,通过仿真研究验证了所设计控制方法的有效性。


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