柔性空间机械臂基于奇异摄动法的鲁棒跟踪控制和柔性振动主动控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,具有不确定参数的漂浮基柔性空间机械臂关节轨迹跟踪鲁棒控制和柔性振动主动控制问题。利用拉格朗日方程和假设模态法并结合系统线动量守恒关系,对柔性空间机械臂系统进行动力学分析,发现所得到的动力学方程仍关于一组组合惯性参数保持惯常的线性函数关系。以此为基础,使用奇异摄动法和两种时间尺度的假设,将系统分解为轨迹跟踪控制器和振动控制器可分开设计的奇异摄动系统。对于快变子系统,使用全局最优控制来对柔性杆件的振动进行主动抑制。同时,针对系统参数不确定情况下,设计了鲁棒控制器来保证慢变子系统关节轨迹的跟踪。系统数值仿真结果证实了所设计控制器的有效性。     

单柔性机械臂振动的脉冲控制

本文提出了一种柔性机械臂振动控制的简单而有效的方法——脉冲控制方法。对脉冲触发时刻、宽度、高度、周期进行了研究,并进行了数值仿真,结果表明正确地选择脉冲形式可达到很高的闭环控制精度。本文所提出的方法还可为柔性机械臂逆动力学——低振动输入力矩设计提供参考。     

柔性结构的模糊主动振动控制研究

针对柔性结构在不同激振信号下的振动抑制问题，研究了如何应用模糊控制理论实现柔性结构的主动控制，提出了一种基于连续模糊判决函数的模糊ＰＤ主动振动控制方法，对悬臂梁分别在瞬态、正弦及随机激振下的模糊ＰＤ主动振动控制进行了仿真研究。结果表明：模糊ＰＤ控制对上述三种激振信号的振动均有明显的抑制作用。由于模糊ＰＤ主动振动控制对结构的不依赖性，该方法对难以建模的大型柔性结构的主动振动控制具有实际意义。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动增广变结构控制及柔性振动主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统基于混合轨迹的关节运动增广变结构控制,该控制方案能够同时主动抑制柔性杆产生的振动.基于一般期望轨迹的增广变结构控制仅能完成渐近解耦的关节空间轨迹追踪,并不能抑制柔性杆的振动;为了对柔性振动模态进行主动控制,使用虚拟控制力的观念生成了同时反映关节期望轨迹和柔性...     

基于神经网络的柔性结构振动主动控制研究

提出了采用压电元件作为传感器和驱动器 ,基于神经网络技术的柔性结构主动振动控制方法。阐述了神经网络控制的基本原理 ,导出了控制算法 ,并介绍了控制系统构成 ,最后对柔性梁在正弦和伪随机信号激励下的振动进行了主动控制实验 ,实验结果验证了本文所述方法的有效性     

基于模糊自整定PID算法的压电柔性机械臂振动控制研究

柔性臂运行过程中的振动降低了其定位和操作精度,不同控制算法时的柔性臂抑振效果也不相同。针对刚-柔-电耦合的双连杆压电柔性机械臂,提出基于模糊自整定PID算法的柔性臂振动主动控制方法。利用MATLAB软件中的模糊工具箱,建立有效的模糊规则,实现了PID参数在线自整定模糊控制系统的设计与仿真。与常规PID控制算法相比较,仿真及实验结果表明:两种算法均能抑制柔性机械臂的振动,但模糊自整定PID控制器具有响应快、鲁棒性好、调整方便等优点,并更好地改善了控制系统的动态性能。     

柔性冗余度机器人残余振动主动控制

研究柔性冗余度机器人的残余振动主动控制问题，设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏杆件，建立了受控系统的状态空间表达式，采用独立模态空间控制理论设计LQR状态反馈控制器，并基于对偶原理设计了具有指定收敛特性的Luenberger全维状态观测器，最后，以平面3R柔性冗余度机器人为例进行了计算机仿真，结果表明，采用这种主动控制方法可以显著改善柔性冗余度机器人的动力学品质。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

柔性机械臂振动的反馈控制及数值模拟

探讨了梢端带刚体的柔性机械臂系统的动力学模型，对它存在的解耦的弯曲振动和扭转振动没计了一种形式简单的反馈控制律，用两个控制电机实现抑振和目标定位。使用Hilbert空间讨论系统特征值问题。住有限维近似模态分析基础上进行数值分析与模拟，得到系统弯曲振动、扭转振动的抑振控制效果曲线图。模拟结果与他人的试验结果比较，证实了所提出的控制律在削减振幅和快速抑振方面的有效性。     

参数不确定漂浮基柔性空间机械臂载体姿态、关节协调运动及柔性振动主动抑制的混合控制方案

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统可保证载体姿态、关节角协调运动变结构控制鲁棒性并同时抑制所产生柔性振动的混合控制方案。该变结构控制仅设计来完成渐近解耦的载体姿态及关节角轨迹追踪,而不能对柔性振动模态进行控制;为了主动抑制柔性杆的振动,使用虚拟控制力的观念生成了变结构控制所需的混合轨迹,从而为柔性空间机械臂设计了追踪混合轨迹的混合控制方案。数值仿真结果证实了该混合控制方案在系统参数不确定情况下,能够使载体姿态及机械臂关节角稳定地追踪期望轨迹并对所产生的柔性振动进行主动抑制。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的拟增广自适应控制及柔性振动实时主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂系统关节运动的拟增广自适应控制和柔性振动实时主动抑制问题。此类机器人系统的特点在于:结合系统动量及动量矩守恒关系得到的完全能控形式的系统动力学方程,关于系统惯性参数不符合惯常的线性函数关系,因此地面机器人的控制方法在此难以直接推广应用。为了克服上述难点,我们仅将系统动量守恒关系耦合到系统动力学方程当中,而不耦合系统动量矩守恒关系,结果得到一组欠驱动形式的系统动力学方程。其优点在于,系统动力学方程关于一组组合惯性参数保持惯常的线性函数关系。以此为基础,设计了具有未知参数柔性空间机械臂关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。并根据柔性子系统的动力学特性,设计了一个基于反馈的自适应控制方案来对柔性杆的振动进行快速实时的抑制。所提出的控制方案还具有不需要测量、反馈载体位置、移动速度和移动加速度的显著优点。系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

柔性机械臂的轨迹跟踪与振动模糊控制

由于柔性机械臂的动态模型较为复杂,传统的基于模型的控制策略一般难以处理.基于PD型模糊控制器,提出一种基于新型的模糊控制的柔性机械臂轨迹跟踪与振动控制策略.首先推导用于柔性机械臂角控制的PD型并联模糊控制器,随后将其改进,提出了一种非并联型模糊控制器,并结合输入整形策略,推导了一种新型的柔性机械臂的混合模糊控制器.在此基础上,构建了柔性机械臂实验平台,开展实时控制实验,给出了相关的时域和频域控制效果.相关的实验结果表明,所提出的新型模糊控制器能够较好地完成柔性机械臂的轨迹跟踪任务,并显著降低柔性机械臂的振动.     

Control of a 2-DOF manipulator with a flexible forearm

In this paper we present experimental results on the position and vibration control of the end-effector of a 2-DOF parallelogram manipulator with a flexible forearm. A dynamic model of the manipulator is first obtained. Control strategies are implemented to control the manipulator. The first control strategy uses the computed torque method based on a reduced-order dynamic model of the manipulator which is obtained by assuming that all the links are rigid. This method is referred to as the reduced-order computed torque (ROCT) method. Experimental results demonstrate that such a strategy is not good for vibration control of the end-effector of the manipulator. The second control strategy is a state feedback control law designed based on a local linearization of the nonlinear dynamic model. Experimental results show that this control strategy achieves good vibration control of the end-effector of the manipulator. However, since the strategy is based on local linearization, it is valid only in a neighbourhood of the operating point. A hybrid controller that uses the ROCT method for the initial large movement of the manipulator is then implemented. Based on a switching rule, the controller is switched to the state feedback controller based on the linearized model when the manipulator is sufficiently close to the equilibrium state. Experimental results are reported and the successful performance of the controller in dampening out end-point vibrations is demonstrated.     

超长柔性臂架回转振动主动控制研究

针对超长柔性臂架回转振动过大问题,结合臂架结构特点基于有限单元法建立臂架回转动力学模型,分析臂架回转系统振动特性。采用模态滤波技术及最优极点配置算法进行主动控制策略设计与理论分析,并搭建主动控制试验系统,进行超长臂架回转振动主动控制试验。试验结果表明,该振动主动控制方法能有效提升受控系统阻尼比(增幅920%),显著抑制臂架回转振动衰减时间(减幅73%),振动控制效果明显,不仅对研制更长臂架泵车具有重要的理论及应用价值,且对所有具有超长柔性机械臂高端装备回转振动控制具有重要参考价值。     

挠性航天器姿态机动控制的主动振动抑制

针对喷嘴作为执行机构的挠性航天器大角度姿态机动时帆板的振动抑制问题,提出了伪速率(PSR)调制式喷气控制和基于压电陶瓷(PZT)材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法。首先,基于Lyapunov方法设计PD反馈控制器保证姿态的渐近稳定和模态振动的衰减性;为了减少喷嘴的非线性开关控制激起的挠性结构振动,采用PSR的准线性调制技术使喷嘴产生所需要的控制力矩的脉冲序列,从而在完成大角度姿态机动的同时抑制振动幅值较大的挠性模态的振动;通过设计正位置反馈(PPF)补偿器以增加结构的阻尼来进一步抑制挠性结构残余振动。最后,将该方法应用于航天器大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动的仿真研究,结果表明:该方法不仅能够使航天器完成对姿态的机动,而且能够抑制帆板的挠性振动。     

柔性悬臂梁振动主动控制实验研究

以压电陶瓷为作动器，并采用独立模态控制法，对冲击载荷作用下的大柔度悬臂梁前三阶模态进行了振动主动控制研究。实验结果表明，使用独立模态控制方法，能有效地抑制悬臂梁的振动，控制效果非常明显。采用模态滤波和相移控制器进行模态分离和相位调节，可获得最大结构阻尼，取得良好的动态控制效果。     

Active control of nonlinear forced vibration in a flexible beam using piezoelectric material

Geometric nonlinearities of the beam and piezoelectric patch are considered. Velocity feedback control algorithm is implemented applying piezoelectric materials. The equation of motion of the system is established using Hamilton's principle. The effects of control gains on primary resonance properties of the beam are studied. It is observed that, with the amplitude of external excitation increasing, the amplitude of resonance curve increases. The velocity feedback control can improve unstable resonance of the beam. When the control gain is increased to a certain value, the unstable regions in the resonance and amplitude-frequency curves disappear.     

基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究

针对柔性航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出一种基于输入成形和反馈控制联合的主动振动抑制策略,在保证航天器完成指定的姿态机动的同时抑制对系统影响较大的挠性附件的振动。考虑到柔性附件模态变量难以测得以及存在外界干扰力矩,设计了只利用姿态信息的反馈控制器,并根据整个闭环系统的振动频率和阻尼比信息设计前馈鲁棒多模态输入成形器,进一步提高闭环系统的性能。仿真结果表明,应用该策略成功地抑制柔性附件的振动及改善系统的机动时间,并使系统性能对参数的摄动具有很强鲁棒性。     

Active vibration control of piezolaminated stiffened plates

The aim of this work is to present active vibration control of stiffened plates. A stiffened plate finite element with piezoelectric effects is formulated. The characteristic feature of the stiffener is that it can have any shape in plan and need not pass through the nodal lines of the finite element mesh. The coupling between the direct and the converse piezoelectric effects is neglected for simplicity. A velocity feedback algorithm is employed in the active control. Numerical examples for vibration control of isotropic and orthotropic stiffened plates have been presented.     

柔性关节空间机械臂奇异摄动自抗扰控制仿真研究

针对不同重力环境条件下考虑摩擦、关节刚度非线性与外扰影响的柔性关节空间机械臂的控制问题,提出了一种基于奇异摄动理论的自抗扰控制方法。首先建立了柔性关节空间机械臂在地面重力和空间微重力环境下的动力学模型;然后采用奇异摄动法将系统模型分为快变子系统和慢变子系统,针对快变子系统设计速度反馈控制律来抑制柔性关节的振动,针对慢变子系统设计加入前馈补偿的自抗扰控制器(ADRC)来抵抗系统的内外扰动,并对系统进行了稳定性分析;最后对设计的控制器进行了仿真验证与对比研究。仿真结果表明,采用该方法,在不同重力环境下柔性关节空间机械臂均能实现很好的轨迹跟踪和抖振抑制,且能有效抵抗内外扰动,系统具有鲁棒性。