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基于SRF控制的单连杆柔性机械臂减振方法研究

李永超  
【摘要】:本文针对柔性机械臂运动的残余振动抑制问题,研究柔性臂的运动规律,以作旋转运动的变截面单连杆柔性臂为研究对象,建立柔性臂的动力学模型,提出了一种前馈控制方法。配置柔性机械臂的加减速阶段运动时间,实现柔性臂末端残余振动的抑制,可以快速实现柔性臂稳定在目标位置。本文主要研究内容如下。第一,利用假设模态法和Lagrange动力学推导等截面柔性机械臂的动力学方程。针对变截面柔性机械臂,利用能量法推导变截面机械臂的等效质量矩阵和刚度矩阵,进而推导得到变截面柔性臂的动力学方程。基于两种不同材料的柔性臂推导得到系统的传递函数。第二,分析柔性机械臂加减速过程的运动规律,利用脉冲响应叠加为零的思想,提出本文基于运动参数的减振控制方法。根据目标位置、角加速度和最大角速度值,配置机械臂加减速阶段的运动时间t约等于柔性臂第一阶固有振动周期T的正整数倍。本论文基于实例仿真对减振控制方法进行阐述和机理分析。第三,利用柔性臂系统传递函数和提出的减振方法,建立仿真系统。对两种材料柔性机械臂进行仿真分析,镀锌薄钢板柔性臂系统残余振动平均抑制百分比为97.61%,航空铝合金柔性臂系统残余振动平均抑制百分比为98.34%,验证了运动参数配置减振方法的有效性。针对双倍周期加速时间运动的两种不同加速方案,经过仿真验证,分段加速的残余振动控制效果更好,两种材料柔性臂残余振动相对减少49.97%和53.83%。第四,通过实验研究,配置不同运动参数,镀锌薄钢板柔性臂系统残余振动平均抑制百分比为92.38%,航空铝合金柔性臂系统残余振动平均抑制百分比为93.13%。通过实验研究与仿真结果对比,证明了本文减振方法有效。第五,在仿真研究的基础上,提出了带有应变率反馈的控制方法。首先介绍了应变率的意义和采集方式,设计了带有应变率反馈的PID的算法,建立仿真模型。分别对镀锌钢板材料和航空铝合金材料的柔性机械臂进行仿真分析,结果分析镀薄锌钢板材料柔性臂残余振动抑制效果提高了91.06%,航空铝合金材料柔性臂残余振动抑制效果提高了91.21%。


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