壓電柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、柔性機(jī)械臂具有工作效率高、能量消耗低、載荷質(zhì)量比大等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于航空航天、精密加工、坐標(biāo)測(cè)量等領(lǐng)域。然而,在實(shí)際使用中,柔性機(jī)械臂極易產(chǎn)生彈性振動(dòng),嚴(yán)重影響正常工作,降低工作效率,難以精確定位,導(dǎo)致系統(tǒng)的精度降低。因此,近年來機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)就是如何建立準(zhǔn)確實(shí)用的柔性機(jī)械臂模型,并設(shè)計(jì)出精確的控制器有效的提高柔性機(jī)械臂精度。本文擬從末端軌跡跟蹤精度和彈性振動(dòng)控制精度兩個(gè)角度開展柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制的研究,主要包括建模、末端軌跡跟

2、蹤精度、彈性振動(dòng)控制精度以及實(shí)驗(yàn)等四個(gè)方面內(nèi)容。
　　本文以二連桿壓電柔性機(jī)械臂為研究對(duì)象,將柔性連桿視為Euler-Bernoulli梁處理。采用假設(shè)模態(tài)法描述彈性變形,考慮壓電元件和柔性關(guān)節(jié)的動(dòng)、勢(shì)能影響,利用拉格朗日方程推導(dǎo)了更為符合實(shí)際的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型?；贛ATLAB軟件,對(duì)柔性機(jī)械臂的模態(tài)、轉(zhuǎn)角、角速度以及彈性變形進(jìn)行了仿真分析。
　　采用最優(yōu)控制理論構(gòu)建柔性機(jī)械臂末端狀態(tài)反饋方程,并選取末端軌跡跟蹤誤差、彈性變

3、量以及控制力矩大小作為優(yōu)化指標(biāo),設(shè)計(jì)最優(yōu)線性二次型跟蹤器,采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真研究,以分析末端軌跡跟蹤精度。仿真結(jié)果表明:LQR控制算法可用于柔性機(jī)械臂末端軌跡跟蹤,通過選取合適的Q、R值可實(shí)現(xiàn)高精度的末端軌跡跟蹤。
　　采用粒子群優(yōu)化算法,以ITAE準(zhǔn)則(IntegratedTimeandAbsoluteError)為適應(yīng)度函數(shù),對(duì)PID控制器的控制參數(shù)(、、)進(jìn)行整定,并基于Simulink平臺(tái),建立系統(tǒng)彈性振動(dòng)控制精

4、度的仿真模型,分別對(duì)PID控制算法和基于PSO參數(shù)整定的PID控制算法的彈性振動(dòng)精度進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明:基于PSO參數(shù)整定的PID控制算法能大幅衰減柔性機(jī)械臂的彈性振動(dòng),彈性振動(dòng)控制精度比常規(guī)PID控制精度更高。pkikdk
　　設(shè)計(jì)了一套基于虛擬儀器的柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用LabVIEW軟件的串口通信和單片機(jī)控制系統(tǒng)控制柔性機(jī)械臂在水平面的運(yùn)動(dòng);通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集振動(dòng)數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文本文件中,用于讀取歷史數(shù)