基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统控制策略

伺服驱动系统的柔性负载端转动惯量等参数随柔性机械臂位姿变化而变化,进而影响伺服驱动系统电动机输出端转速。为降低电动机输出端速度波动,采用极点配置的方法设计伺服驱动系统转速环PI控制器参数,该参数的选择随柔性机械臂位姿变化而变化,从而使伺服驱动系统在不同位姿下获得良好的动态响应特性,避免机械谐振发生。首先根据连续体振动理论和拉格朗日原理建立了柔性负载伺服驱动系统动力学模型,并通过状态方程求得电动机转速到柔性负载驱动转矩的传递函数。将变参数PI控制策略应用于伺服驱动系统转速环控制中,分析了柔性负载对转速环的控制特性的影响,采用极点配置的方法设计控制器参数。接下来分别采用相同幅值、相同阻尼系数、相同实部3种极点配置策略设计控制器参数。讨论了这 3 种极点配置策略不同参数对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响。最后通过数值仿真分析表明:伺服驱动系统等效柔性负载参数与机械臂的位姿有关;柔性负载回转半径、转动惯量较大的情况,不适宜使用相同实部的极点配置方法,但其余两种方法可通过适当选择参数使电动机输出转速波动程度减小。     

纳米级精度柔性机器人的设计方法及实现研究

从材料、几何结构、柔性铰链、驱动器、运动与负载及加工等几个方面总结了面向精密作业的柔性机器人设计准则。对柔性机器人的设计方法进行了探讨。以精密作业中的具体应用为例，依据这些设计方法与准则，从机械本体和驱动器控制2个方面详细描述了可实现纳米级精度的3自由度柔性机器人样机设计的具体实现过程，设计结果满足任务要求。     

冗余度柔性机器人协调操作刚性和柔性负载的仿真分析

采用有限元方法建立了冗余度柔性机器人协调操作柔性负载的模型。首次对两4R冗余度柔性机器人协调操作刚性和柔性负载进行了不同目标任务的对比数值仿真分析,指出任务空间和初始角度均是影响系统性能的因素,在设计任务时应选择较好的机器人可操作空间给定任务,使机器人采用较好的初始位形进行运动以提高系统性能。在对系统精度要求较高并且负载与机器人杆件具有接近的尺寸、材料更轻、刚度相近或更小时,需要考虑负载的柔性,以获知精确的负载位姿信息,利用运动补偿等方法消除不利因素,提高系统精度。     

大惯性柔性负载电液牵引系统联合仿真研究

在钢坯修磨机中,需要用液压马达驱动卷筒,用钢丝绳牵引台车及大质量钢坯在水平导轨上进行往返运动.这种牵引装置是集液压、机械和控制计算机的综合系统,系统中含有柔性的钢丝绳环节,使系统的设计非常复杂和困难.为了获得优化的系统方案和运行特性,提出采用多学科的设计分析软件进行建模,利用接口程序进行联合仿真,完成设计工作的技术路线,这种研究方法能够实时获得负载惯性、钢丝绳柔性和负载力的大小,在仿真计算中可以实时考虑这些参数对控制特性的影响.介绍了运用AMESim和ADAMS软件对系统进行建模和联合仿真的全过程,对比分析了结构参数的影响,给出研究结果.     

柔性机器人协调操作柔性负载的动力学模型

从柔性机器人协调操作的本质特性出发 ,巧妙采用机器人与负载的有限元模型 ,以主臂抓持梁为位形基准 ,首次建立了柔性机器人协调操作柔性负载系统的运动学协调约束条件 ,导出了其系统动力学方程 ,并成功的给出了两 3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。     

自由浮动柔性双臂空间机器人系统动力学建模与抑振控制

柔性多臂空间机器人是一个高度非线性、强耦合的动力学系统。本文基于假设模态法、La-grange方程和动量守恒原理,推导了一种自由浮动柔性双臂空间机器人协调操作刚性负载闭链系统的动力学模型。针对空间柔性机械臂的弹性形变和振动问题,设计了线性二次型最优控制方法对其进行振动主动控制,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于DSP/FPGA的模块化柔性关节轻型机械臂

介绍了模块化柔性关节轻型机械臂的机械系统设计、传感器系统设计以及电气系统设计.整个机械结构设计与电气设计实现了机械臂的轻型化,提高了其负载/自重比.针对关节柔性的存在,给控制带来的巨大挑战,设计了基于DSP/FPGA的硬件结构,用来实现柔性关节轻型机械臂的实时控制与柔顺控制.     

考虑负载变形的柔性机器人协调操作动力学

从柔性机器人协调操作的本质特性出发，考虑负载柔性，巧妙采用中与负载的有限元模型，建立了柔性机器人协调操作系统的运动学协调约束条件，导出了其系统动力学方程，成功地给出了2台3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。讨论了在建模过程中选择主臂抓持梁和从臂抓持梁为位形基准对建模的影响。     

漂浮基带柔性铰空间机器人的动力学建模及奇异摄动控制研究

探讨了本体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基带一般柔性铰空间机器人的动力学建模与奇异摄动控制问题。结合系统线动量及角动量守恒关系,通过拉格朗日法建立了系统的动力学模型。为解除传统奇异摄动控制技术应用受关节柔性的限制,引入了一种关节柔性补偿器,以等效降低系统各关节铰的柔性。之后借助于奇异摄动理论,先后设计了漂浮基带柔性铰空间机器人关节空间、惯性空间期望运动轨迹跟踪的奇异摄动控制方案。该控制方案无关节柔性的限制,因此较适用于具有一般柔性铰空间机器人系统的控制。理论分析及仿真试验结果均表明控制方法可行。     

机器人柔性负载残余振动抑制及测量方式研究

针对六自由度工业机器人挂载柔性负载时由于运动状态的突变及其内部零件的柔性引起的负载振动问题,设计了一种立足于输入整形的振动抑制方法。为了有效地抑制柔性负载的残余振动,对机器人柔性负载进行数学建模,设计了一种零振动一阶微分输入整形器（ZVD）,并针对现有的实验平台设计了一种立足于激光跟踪仪的振幅检测装置。实验结果表明：在机器人末端移动速度分别为45mm/s、55mm/s、75mm/s、85mm/s（随机取值）的情况下柔性负载残余振动抑制幅度均可达到90%以上,移动速度在85mm/s时,抑振程度最大,达到97.9%,说明该方法对柔性负载残余振动抑制效果十分明显。     

一种高稳定性重载升降系统设计与仿真分析

为满足中国第一架商用飞机C919地面指挥和信息采集要求,而设计了一种高稳定性重载升降系统.针对该系统的负载、压缩高度、举升高度及晃动量指标,通过对常见举升系统的分析,并结合其各自的优缺点,决定采用一种新的设计方法,即以柔性柱传动为基础,利用剪刀撑机构为导向,辅以折叠拉杆为限位预紧,同时增加斜拉杆来提高抗风稳定性.最终利用有限元仿真分析和过程试验,验证该升降系统是否能达到要求的性能指标.结果表明,所设计的升降系统能够达到相关性能指标,其通过对各组成柔性单元施加相互约束作用而提高系统整体刚性的设计理念切实可行.     

电液伺服泵控系统柔性传动比理论研究

电液伺服泵控系统具有高效节能、高功重比和环境友好等技术优点,但受诸多非线性因素的影响,系统传动特性表现出极强的非线性。通过深入研究电液伺服泵控系统的传动特性,提出柔性传动比理论,建立电液伺服泵控系统的数学模型,得到伺服电机-定量泵-液压缸之间的柔性传动比规律。对柔性传动比应用进行研究,提出基于广义排量的压力控制策略。搭建系统柔性传动比仿真与试验平台,对柔性传动比理论应用进行仿真和试验研究。研究结果表明,柔性传动比理论的应用对压力控制具有良好的控制效果,将为电液伺服泵控系统的工程推广与应用奠定良好的基础。     

行星减速器驱动旋转双柔性梁T-S模糊振动控制

旋转双臂的柔性结构在转动调姿时或外部扰动的影响下产生振动,将影响系统的稳定性和定位精度,减速器间隙非线性影响旋转双柔性梁结构的动态特性,加大了控制难度。研究了一种多变量非线性T-S模糊(nonlinear T-S fuzzy,简称NTS)控制算法,利用模糊控制器的多变量解耦控制能力以及T-S模糊规则具有的分段控制特点快速抑制柔性结构小幅值振动。设计并建立了交流伺服电机通过行星减速器驱动转动的双柔性压电梁结构实验平台。利用压电传感器采集振动信号,压电驱动器和交流伺服电机驱动器抑制柔性结构振动,对该控制方法进行实验研究。实验结果表明,相对于比例加微分(proportional and derivative,简称PD)控制算法,非线性T-S模糊控制算法对于系统的大幅值振动和小幅值振动都有较快速的振动抑制效果。     

基亏PLC和伺服控制技术的梯子梁自动焊接平台控制系统

重点介绍了基于PLC和伺服控制技术的梯子梁自动焊接平台控制系统硬件部分的选型设计、软件控制程序的编程方法和伺服控制系统的参数设置及人机界面的功能。从生产实际出发,通过对该控制系统采用先进的工业控制技术,集成人机操作界面、PLC和伺服控制技术等硬件模块和控制程序的设计,实现了梯子梁焊接的自动化和柔性化生产工作,改变了传统的人工焊接梯子梁方式,大大提高了生产效率,减轻了劳动强度、极大改善了生产环境,为企业节约了生产成本。     

复合地层盾构切削系统的刚柔耦合分析

复合地层载荷的时变性及盾构切削系统动力传递的复杂性使得对切削系统及其相关零部件的设计校核变得较为困难.通过刚柔耦合方法,根据复合地层外部载荷特征,以切削系统主轴承内圈(大齿圈)为分析对象,将其作为柔性体对盾构切削系统进行接触力求解,以获得的接触力作为外载进行轴承内圈的有限元分析.所建模型及采用的分析方法有效提高了复杂载荷边界条件的提取效率及有限元仿真精度,为进行盾构切削系统关键零部件的设计校核奠定了基础.     

基于PMAC的飞机柔性工装控制系统

提出了一种基于PMAC的飞机壁板组件的柔性工装控制系统设计,它具有很强的扩展性和移植性。本文详尽说明了系统的组成,并介绍了硬件和软件设计方法。实验证明,基于PMAC的柔性工装控制系统对飞机壁板件实现柔性装配有非常重要的指导意义。     

具有状态约束的电液伺服系统模型参考鲁棒自适应控制

针对电液伺服系统中的模型不确定性和状态约束问题,设计了一种模型参考鲁棒自适应控制(MRRAC)方法。将电液伺服系统的近似模型作为模型预测控制(MPC)的设计对象,在设计过程中考虑状态约束,并生成受约束的状态期望,作为后续伺服控制方法的参考指令。为了克服液压系统中的模型不确定性,基于反步法设计了鲁棒自适应控制器(RAC),实现了兼顾模型不确定性和状态约束的伺服控制。基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制策略的闭环渐近稳定性,且系统所有信号均有界。仿真结果表明,控制器对于系统模型不确定性具有较强的鲁棒性,且可实现对指定状态的有效约束,充分验证了该控制策略的有效性。     

基于刚柔耦合的起重机柔性臂动力学分析

传统方法在计算起重机工作过程中系统惯性力或载荷摆动臂架系统的冲击存在一定的局限性,利用Adams和Ansys软件建立55 t汽车起重机柔性臂架系统,并使用Adams软件对其在突然卸载、带载变幅和带载回转等工况进行仿真分析,得到臂架系统应力及振动情况,为臂架系统和液压控制系统的设计提供依据。     

激光跟踪伺服系统设计与误差分析

三维伺服机构在柔性坐标测量系统中占有极重要的地位，在分析了其它激光跟踪机构的基础上，提出了一种匠独立式三维跟踪机构，详细论述了它的工作原理，同时也对伺服机构的加工误差，安装误差，伺服电路控制误差等进行了分析，实验证明了伺服转镜机构工作性能可靠，测量误差小，结构简单，容易控制。