柔性空间机器人振动抑制轨迹规划算法

本文首次提出了一个描述柔性空间机器人振动的可直接计算的激振力指标，进 而提出了柔性空间机器人抑振轨迹规划算法．该算法采用均匀非周期四阶B样条描述机器人 的运动轨迹，B样条的控制点作为优化参数，使用改进的微粒群优化算法，以激振力为性能 指标对轨迹进行优化求解．该方法根据激振力指标而不是待定轨迹的控制结果来判定轨迹的 抑振性能，极大地简化了规划过程．对柔性双臂空间该机器人的抑振轨迹规划仿真，表明优 化轨迹取得了良好的振动抑制效果，证明了算法的有效性．     

基于PSO非均匀样条插值的混合结构柔性臂抑振轨迹规划

柔性臂广泛应用于核工业、建筑业、太空探索等领域,但由于自身刚度低、大挠度、低阻尼等特点,其末端易产生振动且难以在短时间内消除.对此,研究一种具有一个旋转关节和一个伸缩关节的混合结构柔性臂的抑振轨迹规划方法.通过对其结构分解和刚柔部分分解,建立动力学和运动学模型.为了提高算法效率,引入权重因子,构造映射函数,选取非均匀插值点,采用粒子群算法(PSO)优化插值点位置增量,利用3次样条插值拟合优化后的轨迹函数.最后,通过设计混合柔性臂的控制系统,验证所提出抑振轨迹规划方法的有效性.     

柔性关节机器人抓取末端振动自动化控制方法

为了提高柔性关节机器人抓取末端振动控制精度,该文提出柔性关节机器人抓取末端振动自动化控制方法。对柔性关节机器人展开系统动力学分析,构建奇异摄动模型定义柔性关节机器人系统的运动方程。设计柔性关节机器人的优化控制器,构建控制误差代价函数。利用拉格朗日法获取函数最优解,实现柔性关节机器人抓取末端振动自动化控制。实验结果表明,该方法能够有效抑制柔性关节机器人末端振动信号,相位控制误差均在0.02°以内,抑振措施的上升时间低于7.66 s,末端控制精准度高、效率高、性能好。     

柔性冗余度机器人力矩优化的研究

本文首先应用模态理论，对柔性冗余度机器人振动的控制问题的原理与策略进行了研究．在此基础上通过对满足抑振要求的自运动的选取进行分析，指出柔性冗余度机器人在通过优化其自运动实现振动抑制的同时还具有二次优化的能力，并给出了在满足抑振的前提下实现关节力矩优化的方法．最后对一个末杆为柔杆的平面三杆机械手的振动控制与力矩优化进行了仿真，结果验证了该方法的可行性．     

基于压电陶瓷的柔性机器人主动抑振控制策略研究

柔性机器人因其轻质、高效、低能耗等优点已被广泛应用于航空航天,工业制造等诸多领域。然而,柔性机构易产生弯曲变形,引起系统振动而大大降低机器人的工作精度。为提高柔性机器人的工作性能,多种抑振策略得以研究与应用。提出了基于压电陶瓷（PZT）的柔性机器人振动主动抑制策略。其中,PZT传感器和PZT制动器分别被用来检测和抑制柔性臂的振动。本文构建了基于PZT材料的单自由度柔性机械臂的理论模型,并获得了传感电压与制动电压的传递函数。设计了一个可变控制方案的抑振器以抑制系统在不同频率下的振动。在COMSOL中进行仿真,获得了系统的抑振率。根据仿真结果显示,柔性臂在前三阶振动下,臂的末端位移分别得到了57.04%,57.76%与58.96%的抑制;系统的动能得到了57.95%,71.19%与87.81%的抑制。     

基于解耦的工业机器人模糊PID抑振研究

该文针对工业机器人在定位过程中由于关节柔性产生的振动抑制问题，对六自由度的工业机器人进行研究，提出了基于解耦的柔性关节模糊PID抑振控制算法。首先，建立了工业机器人系统的动力学模型；然后，根据连杆之间的耦合关系设计了变参数模糊控制器，降低各连杆之间的耦合程度，并在解耦的基础上加入模糊PID控制器，对解耦后的各个关节进一步抑振；最后，通过Simulink仿真验证该算法的有效性。研究结果表明，变参数模糊解耦比定参数模糊解耦的效果更好，解耦之后的转台、大臂和小臂之间可以近似看成线性系统，再进行模糊PID控制，其抑振的效果相比传统PID控制器来说更为理想。     

基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究

柔性机构因其工作效率高,能量消耗低和结构简单等优点被广泛应用于机器人领域.但柔性机构由于刚度较低,易产生弹性振动,使机器人的定位精度和运动精度降低.为了验证在前期的工作中提出的柔性机械臂主动振动最优控制位置分析的正确性,搭建了一个基于Labview的测试系统.在柔性臂上不同位置粘贴压电片来实现对柔性臂不同位置的主动振动控制,通过测试系统得到最优控制位置处和最优控制位置附近的柔性机械臂振动的传感电压,根据控制前后传感电压的变化分析柔性臂抑制的强弱.根据实验结果显示,柔性臂在前三阶振动下,分别在其最优控制位置上获得最高的抑振率,从而验证了最优控制位置的有效性.     

格栅夹层板抑振性能研究

为了有效降低铺板与圆柱壳体耦合结构中因铺板振动而引起的壳体振动,提出了以格栅夹层板作为一种铺板结构.以格栅夹层板安装于带有端板的圆柱壳体上作为研究模型,采用有限元软件对格栅夹层板的抑振性能展开了仿真分析,讨论了格栅结构参数对其抑振效果的影响,并实验验证了格栅夹层板的抑振效果.仿真和实验结果一致表明：格栅夹层板能有效降低圆柱壳体的振动响应,尤其是在中高频段抑振效果显著；格栅的结构参数对抑振效果影响规律比较复杂,格栅夹层的上层面板采用阻尼较大的材料利于提高其抑振效果.     

压电智能结构的主动控制及压电执行器布局优化

本文对压电梁、板结构振动主动控制进行了研究,分别建立了压电悬臂梁的耦合动力学方程以及Kirchhoff假设下矩形压电薄板的耦合动力学方程,通过采用独立模态空间控制法,实现了对压电智能结构前两阶模态的主动振动控制.为提高主动控制的抑振效果,通过仿真实例分析了压电执行器在梁上的不同布局对于主动控制抑振效果的影响,得到了压电执行器粘附于悬臂梁上的最佳布局.最后实验验证了压电悬臂梁在自由振动以及模态共振下压电执行器对于悬臂梁响应控制的可行性和有效性.     

基于奇异摄动的双连杆柔性臂模糊控制

讨论了双连杆柔性臂位置控制问题。应用拉格朗日-假设模态法建立系统的动力学方程，并用奇异摄动法将双连杆柔性臂系统分解为两个降阶的慢变子系统和快变子系统。针对柔性臂强非线性、强耦合性及不确定性等特点，给出一种慢变子系统在反馈线性化后采用模糊控制、快变子系统因呈线性系统而采用简单的最优控制的混合控制方法。其中，模糊控制是二维PD型控制器，其输入为关节角跟踪误差及其导数。最后进行了计算机仿真，结果表明，该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪，有效的抑制弹性振动，并且对负载的变化具有强的鲁棒性。     

充液柔性航天器非线性姿态动力学及再定向姿态机动

研究全充液柔性航天器大角度姿态机动中非线性姿态动力学及姿态再定向问题．采用Lagrange方法推导了液-柔耦合系统动力学方程并对系统进行了相空间动力学研究．由于能量耗散及柔性附件振动对系统产生扰动并由此引起混沌姿态运动，经历姿态转换后的航天器最终姿态定向不能预先确定．本文研究表明，通过一对互为反向的脉冲推进可以完成预期的姿态再定向机动．给出了实现姿态再定向机动的控制策略，并对控制前后的姿态本体轨迹及主角动量分量时间响应历程进行了数值仿真．     

输入有界的自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制

针对自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制问题, 首先利用拉格朗日和假设模态法建立了动力学模型. 分析系统动力学模型, 综合考虑欠驱动、柔性振动等特点, 将其简化为一种带有柔性振动扰动完全可控的动力学模型; 在此基础上, 考虑控制输入受限, 提出一种自适应状态反馈控制策略. 该策略采用自适应技术实时在线学习柔性振动扰动参数, 从而保证控制律对柔性振动扰动具有良好的鲁棒性; 最后, 基于Lyapunov方法证明了该控制策略能够实现关节期望轨迹的跟踪. 仿真验证了该控制策略对控制输入受限系统轨迹跟踪控制的有效性和可靠性.     

柔性臂仿人智能变结构控制

柔性臂的位置控制中，最大的难点是柔性振动的抑制，常规控制方法往往不能同时得到良好的关节跟踪轨迹和对柔性振动的补偿。本文提出了仿人智能变结构控制方法，此方法综合了仿人智能控制与变结构控制的优点，仿真结果表明，这种控制方法能有效的抑制柔性振动，同时具有良好的关节跟踪能力。     

参数不确定性柔性机械手控制的一种简单方法

本文讨论了具有模型不确定性的柔性机械手运动控制问题,给出了一种基于差分方程 和最小二乘法的控制器设计方法．在快速采样的条件下,难于建模的不确定项可以直接忽略 而不影响控制效果．通过一个柔性机械手的仿真表明,本文提出的控制方法可实现柔性机械 手轨迹的准确跟踪,同时能消除柔性机械手的弹性振动．     

热辐射及重力梯度对大型空间柔性梁结构振动影响分析

鉴于大型航天器在轨服役期间会受到万有引力梯度、热辐射等复杂载荷作用,致使结构诱发热-结构耦合振动现象.因此,本文将研究万有引力梯度和热辐射载荷作用下大型空间柔性梁的动力学行为.首先,基于绝对节点坐标方法和热-结构耦合理论,建立柔性梁的数学模型;其次,通过Legendre变换,推导出Hamilton 体系下柔性梁结构的对偶方程;然后通过数值仿真,研究了无地球阴影时柔性梁的热致振动,发现柔性梁结构的位移响应包括万有引力梯度引起的振动和热致振动,其运动较为稳定;进一步的,数值结果表明地球阴影对柔性梁的热致振动幅值以及稳定性有着非常显著的影响.同时,针对地球静止轨道上的柔性梁,发现热致振动影响大于万有引力梯度,并比较了柱形阴影和锥形阴影的影响.     

柔性臂仿仿人智能变结构控制

柔臂的位置控制中，最大的难点是柔性振动的抑制，常规控制方法往往不能同时得到良好的关节跟踪轨迹和对柔性振动的补偿，本文提出了仿人智能变结构控制方法，此方法综合了仿人智能控制与变结构控制的优点，仿真结果表明，这种控制方法能有效的抑制柔性振动，同时具有良好的关节跟踪能力。     

考虑热效应的复合材料多体系统动力学研究

研究离心力和温度变化引起的附加弯曲变形对复合材料柔性多体系统振动特性的影响．从本构关系和非线性应变与位移关系式出发,用虚功原理和有限单元法建立了复合材料柔性梁的动力学变分方程,在此基础上建立了复合材料柔性多体系统的动力学方程．对曲柄-连杆-滑块机构的数值仿真表明,对于非对称的复合材料梁,各层弹性模量和热膨胀系数的差异会引起附加弯曲变形,从而影响系统的振动特性．     

MEMS密闭腔内微气流的挤压膜阻尼效应研究

针对MEMS密闭腔内微气流与压电驱动机构的耦合振动,综合采用空气挤压膜阻尼效应和能量法进行理论分析。根据等温雷诺方程求解气体压力分布,进而计算微气流挤压膜阻尼能,将其代入能量方程,与压电-硅膜的耦合动能、势能、压电电场能进行能量耦合,将由能量方程确定的压电-硅膜-微气流耦合作用下的位移振形待定系数λ′与无气流影响下的压电-硅膜耦合振动位移振形待定系数λ对比后,找到了增加的阻尼项,微气流对驱动结构振动位移的影响正是通过该阻尼项体现的。研究可为微流体的驱动及协调控制提供相关理论基础及控制策略。     

基于整形器的两轴柔性航天器自适应姿态控制

针对非线性柔性航天器大角度姿态机动问题,为了抑制在高速运动中产生的振动,提出了一种整形参考轨迹和自适应滑模姿态跟踪控制方法.跟踪过程中所使用的期望姿态角是由最优任意时延(Optimal Arbitrary Time-delay,OAT)输入整形器整形所得参考指令作用于参考模型得到,利用该期望姿态角能够得到更好地跟踪和抑制振动效果.针对非线性柔性航天器参数的未知时变特性和欠驱动特性,设计的自适应滑模控制器不仅能够完成期望的姿态角跟踪,同时还能够有效抑制姿态机动过程中的振动,并应用于单轴非线性柔性航天器的大角度姿态控制系统,并进行了仿真验证.结果表明,所提出的方法是可行而有效的.     

基于积分流形的柔性机械手组合控制

为解决柔性机械手非最小相位的控制问题以及克服运动中的抖振,采用积分流形和奇异摄动理论,将柔性机械手系统分解为快慢两个子系统.对于慢变子系统,设计一种基于一阶鲁棒微分估计器的二阶滑模控制策略,使其轨迹跟踪期望值;对于快变子系统,采用频率成形滤波器设计动态补偿器来抑制弹性振动,并基于线性二次型最优控制方法给出相应的最优控制规律,使系统的输出快速趋于稳定.仿真结果表明了该控制策略的有效性.