柔性機(jī)械臂集成建模與結(jié)構(gòu)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù).pdf

1、相對于剛性機(jī)械臂而言，柔性機(jī)械臂具有高負(fù)載、低能耗、高速度、適于直接驅(qū)動等優(yōu)點(diǎn)。如何將機(jī)械臂控制器和機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的耦合同時加以考慮，這是柔性機(jī)械臂研究中有待解決的問題。本文以柔性機(jī)械臂為研究對象，在整體優(yōu)化目標(biāo)下，建立了包括機(jī)械臂結(jié)構(gòu)、傳感器、控制器和驅(qū)動器等參數(shù)的系統(tǒng)集成數(shù)學(xué)模型，綜合考慮柔性機(jī)械臂動力學(xué)特性與控制策略的作用，優(yōu)化后的柔性機(jī)械臂為變截面梁，所設(shè)計(jì)的控制器不僅易于實(shí)施而且對系統(tǒng)參數(shù)的不確定性具有魯棒性；并以單關(guān)節(jié)柔性臂的

2、設(shè)計(jì)為例進(jìn)行了仿真，結(jié)構(gòu)與控制全局優(yōu)化設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在獲得相同性能的條件下能減少機(jī)械臂的質(zhì)量，從而減少能耗。
　　 全文的組織結(jié)構(gòu)為：
　　 第一章，綜述了柔性機(jī)械臂建模與控制的研究現(xiàn)狀，分析了機(jī)械臂設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)或控制系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立優(yōu)化設(shè)計(jì)的不足，并在對相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行歸納的同時，闡述了本論文的研究背景、內(nèi)容和意義。
　　 第二章，針對柔性機(jī)械臂，通過基于能量計(jì)算的變分法的推導(dǎo)，定義并且建立了柔性機(jī)械臂系統(tǒng)。給

3、出了帶有邊界條件的動力學(xué)方程，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了柔性機(jī)械臂的模態(tài)行列式。
　　 第三章，討論了柔性關(guān)節(jié)的分段模型，采用有限維數(shù)近似法對柔性機(jī)械臂進(jìn)行集成建模，并通過綜合機(jī)械臂的動力學(xué)特性和驅(qū)動器模型，推導(dǎo)出可變幾何分布梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間方程，同時實(shí)例分析了狀態(tài)空間模型。
　　 第四章，研究基于線性二次型調(diào)節(jié)器的柔性機(jī)械臂優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出將機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與控制算法的設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合在一起，以結(jié)構(gòu)優(yōu)化為外循環(huán)，以LQR控制律的優(yōu)

4、化為內(nèi)循環(huán)，設(shè)計(jì)了全局自適應(yīng)優(yōu)化算法。
　　 第五章，在第四章研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出廣義裝置的空間狀態(tài)模型，為兼顧系統(tǒng)魯棒性和抑制末端柔性振動性能，將結(jié)構(gòu)形狀分布和控制參數(shù)同時進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了具有穩(wěn)定閉環(huán)的H∞控制器，減少系統(tǒng)的不確定性和擾動所產(chǎn)生的各種影響。
　　 第六章，對第四章和第五章提出的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)，給出了仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)例并對結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并討論了系統(tǒng)對參數(shù)變化和擾動的魯棒性。