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基于超磁致伸缩的自动制孔变间隙半主动振动控制器研究

吴孟凡  
【摘要】:自动制孔机器人末端执行器在制孔过程中会受到外部激励的作用而产生轴向振动,甚至会引起机体颤振,导致制孔精度降低、制孔质量下降。被动振动控制器能够在低频激励影响下实现有效的振动控制效果,自动制孔机器人工作环境振源多,频带宽,需要对被动式振动控制器添加主动控制方案进行有效控制。本文在考虑机器人工作环境和保证机器人稳定性的条件下,提出一种基于超磁致伸缩作动的变间隙半主动振动控制方法,以提高自动制孔机器人的振动控制效果。其主要研究内容如下:1.针对制孔机器人机体振动特征,选择冲击式振动控制器作为被动振动控制方案并据此建立动力学模型;基于系统能量损耗,分析阻尼耗能和冲击耗能对机器人末端执行器输出位移的影响,验证冲击式振动控制效果的理论可行性;然后对系统各参数进行优化,比较参数优化后振动控制效果;通过对不同激励下机器人末端执行器的输出位移仿真分析,验证所建立动力学模型的准确性,同时为提出变间隙振动控制方案提供理论依据。2.通过对不同激励下机器人末端执行器位移输出的分析,寻求不同激励下最佳冲击间隙的振动控制模型,并以此确立了变间隙主动振动控制方案;根据主动控制方案选择将超磁致伸缩作动器作为主动控制方案的作动元件,并分析超磁致伸缩作动器作动机理以设计作动器的结构参数,建立了该作动器的输入-输出数学模型,并验证主动变间隙控制方案有效振动的控制效果。3.设计基于超磁致伸缩作动的变间隙振动控制器的总体结构,并对每个分结构进行具体分析;对超磁致伸缩作动器的迟滞非线性模型进行建模,分析了迟滞非线性的产生机理,以此确定利用逆模型迭代学习控制算法对该作动器迟滞非线性进行误差补偿;最后对误差补偿后的超磁致伸缩作动器输出位移与理论输出位移进行比较,验证逆模型迭代学习控制算法,结果表明可有效解决超磁致伸缩作动器迟滞非线性引起的控制误差问题。4.在分析MATLAB与ADAMS软件联合仿真和参数设置过程的基础上,将其运用到基于超磁致伸缩作动的冲击式变间隙半主动振动控制器的仿真,半主动控制方案的理论结果与实际仿真结果比较表明,该半主动控制方案在自动制孔机器人的低频域相较于宽频带表现出有效的振动控制效果。


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