基于先進(jìn)控制的柔性機(jī)械臂末端軌跡跟蹤研究.pdf

1、柔性機(jī)械臂因其高速、輕質(zhì)、高負(fù)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(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中因?yàn)椴牧先嵝援a(chǎn)生的振動(dòng)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(jìn)控制策略在柔性機(jī)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(duì)于柔性機(jī)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(jī)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(xì)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(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程的建立過程。柔性臂是一個(gè)具有非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變特性的復(fù)雜系統(tǒng)。在Euler-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(dòng)力學(xué)方程，然后根據(jù)柔性臂的特點(diǎn)對(duì)方程進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jī)械臂末端軌跡跟蹤控制方法。柔性臂所固有的內(nèi)動(dòng)態(tài)的不穩(wěn)定性是實(shí)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(jì)有限時(shí)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(gè)優(yōu)化指標(biāo)，在保證內(nèi)動(dòng)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(shí)對(duì)象時(shí)能精確實(shí)現(xiàn)理想跟蹤。 4、研究了模型不確定情況下的柔性機(jī)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(cè)控制的相關(guān)理論，在具備克服柔性臂內(nèi)動(dòng)

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(yùn)算速度，同時(shí)進(jìn)行誤差補(bǔ)償來改善模型誤差對(duì)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(shí)時(shí)控制提供了可行方案。仿真結(jié)果表明，所提出的預(yù)測(cè)控制算法在保證柔性臂內(nèi)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的同時(shí)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(yùn)算速度。 5、用SimMechanies對(duì)實(shí)際的柔性臂系統(tǒng)進(jìn)行模擬，將本文提出的控制算法用于SimMechanics模型，