基于先進控制的柔性機械臂末端軌跡跟蹤研究.pdf

1、柔性機械臂因其高速、輕質(zhì)、高負載自重比的結(jié)構(gòu)而在工業(yè)和航空航天領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，由于柔性機械臂在運動過程中因為材料柔性產(chǎn)生的振動使得其末端跟蹤精度降低。為解決這一問題，本文主要研究了先進控制策略在柔性機械臂的末端軌跡跟蹤問題中的應(yīng)用，主要內(nèi)容包括： 1、對于柔性機械臂末端軌跡跟蹤的相關(guān)問題作出綜述，介紹了當(dāng)今柔性機械臂的建模研究狀況，分析了末端軌跡跟蹤的研究背景及研究意義，詳細討論了現(xiàn)今末端軌跡跟蹤領(lǐng)域存在的問題，

2、并比較了各種解決方法。 2、研究了柔性機械臂動力學(xué)方程的建立過程。柔性臂是一個具有非線性、強耦合、時變特性的復(fù)雜系統(tǒng)。在Euler-Bedoulj梁模型的基礎(chǔ)上，利用假設(shè)模態(tài)法來表示柔性臂的柔性形變，并采用Lagrange公式建立了柔性臂的動力學(xué)方程，然后根據(jù)柔性臂的特點對方程進行了簡化，并通過仿真研究了柔性臂的特性。 3、研究了模型確定情況下的柔性機械臂末端軌跡跟蹤控制方法。柔性臂所固有的內(nèi)動態(tài)的不穩(wěn)定性是實現(xiàn)其末端跟

3、蹤的首要難題。在輸入.輸入線性化基礎(chǔ)上引入了最優(yōu)控制理論構(gòu)建狀態(tài)反饋，并通過設(shè)計有限時域的最優(yōu)線性二次型跟蹤器來平衡術(shù)端跟蹤誤差、柔性變量以及控制力矩大小三個優(yōu)化指標，在保證內(nèi)動態(tài)穩(wěn)定的情況下，能獲得較高精度的跟蹤效果。仿真結(jié)果表明，當(dāng)柔性臂的模型符合真實對象時能精確實現(xiàn)理想跟蹤。 4、研究了模型不確定情況下的柔性機械臂末端軌跡跟蹤控制方法。柔性臂建模的不精確性是軌跡跟蹤的又一難題。引入了預(yù)測控制的相關(guān)理論，在具備克服柔性臂內(nèi)動

4、態(tài)的不穩(wěn)定性的性能基礎(chǔ)上，采用了最優(yōu)控制律求解和力矩求解相分離的策略來提高運算速度，同時進行誤差補償來改善模型誤差對于末端軌跡跟蹤精度影響的問題，為柔性臂末端軌跡跟蹤的實時控制提供了可行方案。仿真結(jié)果表明，所提出的預(yù)測控制算法在保證柔性臂內(nèi)動態(tài)穩(wěn)定的同時能有效解決模型失配引起的控制精度下降問題，并具有較快的運算速度。 5、用SimMechanies對實際的柔性臂系統(tǒng)進行模擬，將本文提出的控制算法用于SimMechanics模型，