柔性臂的動(dòng)力學(xué)模型與控制的研究.pdf

1、隨著航天事業(yè)的迅速發(fā)展和對(duì)太空探索的不斷深入，空間技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，空間柔性機(jī)械臂由于其質(zhì)量輕、速度快、精度高、耗能低和作業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)，在航天、航空和機(jī)器人領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。利用柔性機(jī)械臂完成一些太空作業(yè)任務(wù)具有重要的意義，已經(jīng)成為空間技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要研究方向。
　　在工程中，以柔性機(jī)械臂為代表的柔性多體系統(tǒng)或剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，這類系統(tǒng)的特征是既有大范圍的剛體運(yùn)動(dòng)，又同時(shí)存在柔性構(gòu)件的小變形彈性

2、振動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)相互耦合和相互影響。由于柔性多體系統(tǒng)在航天、航空和機(jī)器人等許多高科技領(lǐng)域有著強(qiáng)烈的工程應(yīng)用背景，因此研究其動(dòng)力學(xué)建模方法及主動(dòng)振動(dòng)控制具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。柔性機(jī)械臂是柔性多體系統(tǒng)的典型代表之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但包含著豐富的動(dòng)力學(xué)特性，本文以單桿柔性機(jī)械臂為對(duì)象，研究其動(dòng)力學(xué)特性及振動(dòng)控制問(wèn)題，具體包括如下內(nèi)容:
　　(1)對(duì)于柔性機(jī)械臂的相關(guān)問(wèn)題作出綜述，介紹了當(dāng)今柔性機(jī)械臂的建模研究狀況，分析了末端軌

3、跡跟蹤的研究背景及研究意義，詳細(xì)討論了柔性機(jī)械臂領(lǐng)域存在的問(wèn)題，并比較了各種解決方法。
　　(2)研究了柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型的建立過(guò)程。柔性機(jī)械臂是一個(gè)具有非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變特性的復(fù)雜系統(tǒng)。在Euler-Bernoulli梁模型的基礎(chǔ)上，利用集中質(zhì)量來(lái)表示柔性機(jī)械臂的柔性形變，并采用Lagrange公式建立了柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程。
　　(3)研究了用于柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制的線性二次型最優(yōu)控制和基于變速積分PID控制算法;采

4、用數(shù)值仿真比較了柔性機(jī)械臂的振動(dòng)控制效果，指出了在柔性機(jī)械臂線性二次型最優(yōu)控制設(shè)計(jì)中，選取適當(dāng)?shù)募訖?quán)矩陣非常重要;在傳統(tǒng)的PID控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分析了變速積分的PID控制算法，仿真結(jié)果表明基于變速積分PID控制的柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制方法。通過(guò)理論分析和數(shù)值仿真，揭示了上述兩種振動(dòng)控制方法的特點(diǎn)。
　　(4)研究了滑模變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計(jì)方法，研究了傳統(tǒng)的比例切換滑?？刂坪突诜e分型切換增益的滑模控制，仿真結(jié)果表