消除柔性系统残留振荡有限冲击控制研究

将时滞滤波器用于具有刚性模态的柔性系统中，可以抑制残留振荡，但容易产生冲击运动。为了降低运动冲击，对控制信号的时间变化率加以限制，设计有限冲击指令，同时将最小最大优化思想引入时滞滤波器的设计中，提出一种新型控制器——有限冲击时滞控制器。计算机仿真和试验结果表明，这一控制器能降低振荡的最大幅值．在一个振荡周期内有效抑制残留振荡;在系统参数变化范围内，控制器的复数零点能有效抵消系统的极点，因此有更强的鲁棒性；与常用的时滞滤波器相比，能抑制控制信号的高频成分，降低未建模动态激励和运动冲击。     

消除参数不确定柔性系统的残留振荡鲁棒控制

基于残留振荡能量最小的优化思想，在系统参数变化范围内设计鲁棒时滞滤波器。滤波器在柔性系统极点附近配置三重零点，使其对系统参数误差不敏感，具有很强的鲁棒性。将这一控制技术用于起重机的消摆控制系统中，可以有效抑制载荷的残留摆动。     

阻尼矢量图法设计输入整形器抑制柔性机械臂的残留振荡

输入整形技术的研究源于抑制小阻尼伺服系统振荡模态的残留振荡,其能以简单的开环控制实现系统的快速定位,因而在抑制高精度定位系统的残留振荡方面得到了广泛应用。本文提出了一种新的输入整形器的分析设计方法———阻尼矢量图,即将无阻尼系统的矢量图法推广应用于有阻尼系统,为有阻尼系统提供了一种输入整形器的图形化分析与设计方法,其运用简便、直观,且能在图上直接对输入整形器的鲁棒性进行分析,将其应用于柔性机械臂的残留振荡控制中,仿真结果验证了按此方法设计的输入整形器确能抑制残留振荡。     

复数法设计输入整形器抑制柔性机械臂的残留振荡

提出了一种新的输入整形器的分析设计方法-复数法.即根据系统残留振荡的特点,用复数表示输入整形器的各脉冲,将输入整形器的运算转化为数学运算,并将其应用于柔性机械臂的残留振荡控制中,仿真结果验证了按此方法设计的输入整形器确能抑制残留振荡.     

基于时滞的柔性机械臂轨迹追踪

由于时滞的存在,系统的控制效果和稳定性会受到影响。针对存在时滞的柔性机械臂振动控制问题进行研究,首先,基于拉格朗日动力学理论建立了具有时滞的柔性机械臂动力学模型,然后,把时间滞后表示成一阶滞后,进行时滞补偿,通过设计自适应算法来校正柔性机械臂的系统参数。同时,基于反步法进行自适应控制器的设计,用Lyapunov的稳定性判定定理证明控制器能够满足设计要求。仿真结果表明,通过对控制器的增益进行调节,能够准确地追踪到预期轨迹,验证了控制方案具有有效性。     

柔性机械臂振动控制系统的实验研究

本文为避开柔性机械臂传统建模的繁锁性及精确性的要求，研究柔性机械臂振动的控制规律，对并置式ＰＩＤ控制的柔性机械臂进行了系统的实验研究，包括电机轴驱动力矩和梁末端加速度响应的检测，调整系统的控制增益或运动参数，可实现柔性机械臂振动的有效抑制，通过一系列的实验研究，揭示了柔性臂振动控制规律－力相位制律，为柔性机械臂振动控制及其控制器的设计指明了方向，本实验研究亦可验证理论模型。     

载体位置、姿态均不受控的飘浮基柔性空间机器人的Terminal滑模控制

讨论了载体位置、姿态均不受控的飘浮基柔性空间机器人的Terminal滑模控制问题。为讨论既有柔性关节又有柔性臂的欠驱动系统,以一个具有两个柔性关节和一个柔性臂的飘浮基空间机器人为例,首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义,得到了系统的动力学方程,然后利用奇异摄动法,将柔性空间机器人系统分解为一个柔性空间机械臂子系统和一个柔性关节快变子系统。以此为基础,提出了一种包含柔性空间机械臂子控制项和柔性关节快变子控制项的组合控制器。其中,柔性空间机械臂Terminal滑模子控制项实现了机械臂关节铰期望轨迹的跟踪,柔性关节快变子控制项使得快变子系统稳定在由柔性空间机械臂子控制项产生的机械臂关节轨迹上。系统的数值仿真结果表明,该方法能在抑制柔性关节的柔性振动的同时跟踪上机械臂关节期望轨迹。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度,同时可保证机械臂关节铰跟踪误差在任意指定有限时间内收敛到零。     

规划输入命令法消除带滑移／转动副的柔性机械臂的余振

规划输入法降低柔性机械臂的余振是机构学的一个前沿课题，目前的研究对象大都是具有一个运动自由度的柔性臂。本文将这项技术由一个运动自由度推广到两个自由度。提出了一种通过规划输入解决变参数柔性臂端点余振的新方法，对带滑移／转动副的柔性机械臂的输入函数进行了规划，使机械臂到达指定位置后，末端余振振幅在允许的范围内。     

机械臂气动关节柔性抓取操控

针对机械臂不便于从物件上方直接进行抓取的情况，提出一种机械臂气动关节柔性抓取操控技术。分析机械臂常规抓取方式，剖析机械臂与物件接触间的几何约束关系，开展物件一边被抬起的受力情况。在此基础上，分析气动关节曲率和内压之间的线性关系，构建控制关节内压的机械臂柔性抓取操控技术。通过实物测试验证，采集物件曲率变化所对应手指内压变化情况，获取不同曲率下抓握平衡所需摩擦系数变化情况，通过手指和地面“相互对抗”，使纸条曲率变大且重心右移，从而成功实现了机械臂柔性抓取柔软物件，达到设计目标要求。     

有限冲击最优时滞滤波器抑制起重机载荷残留摆动

将时滞滤波技术用于高速、大吨位起重机控制系统中,可以有效抑制载荷残留摆动,同时会引起运行机构的运动冲击,而且降低系统的响应速度.针对这一问题,基于有限冲击理论和优化理论,提出有限冲击最优时滞滤波器.基于减小柔性系统刚体运动冲击的基本思想,设计有限冲击控制指令,抑制控制信号的高频成份,降低未建模动态激励.然后以载荷摆动状态矢量建立二次型目标函数,基于优化理论计算出使载荷摆动最小的时滞,设计出具有合理时滞的最优时滞滤波器,保证系统具有满意的响应速度.该滤波器形成的控制信号是一系列的斜坡信号,对时间的变化率不超过允许的最大冲击值,从而降低了刚体的运动冲击.建立起重机仿真系统和模拟实验系统,基于仿真和试验相结合的方法验证了这一控制技术的有效性.     

柔性机械臂前馈控制的实验研究

基于零极点对消技术,提出柔性机械臂的前馈延时控制,得到了零极点对消应满足的条件,对不同工况,不同材质的柔性臂做了一系列系统的前馈处时控制及比较实验,结果表明合理选择施加制动力矩时刻及方向将有效地抑制柔性臂的残余振动,反之则加剧柔性臂的残余振动,证明了前馈延时控制的正确性和有效性。     

Active robust vibration control of flexible composite beams with parameter perturbations

In this paper, a time domain approach is presented to treat the problem of active controlling simultaneously the bending and torsional vibration of flexible composite beams under both mode truncations and parameter perturbations. In the proposed approach, the residual model, which is known as unstructured uncertainty, is viewed as an additive perturbation to the controlled model. Based on a state space model, which incorporates both bending and torsional deformation effects, of the flexible composite beam with piezoelectric sensors and actuators, a robust stability condition is derived to guarantee that both bending and torsional vibration of the flexible composite beam, which is subject to both mode truncation and linear time-varying parameter perturbations, can be actively controlled by an observer-based controller. The proposed robust stability condition gives an insight into the relationship between the stability margins of the controlled and residual mode subsystems, spillover effects and additive time-varying parameter perturbations. Finally, an active robust vibration control problem of a cantilevered flexible composite beam with piezoelectric sensors and actuators is provided for illustration.     

带有应变反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为实时,有效地抑制柔性机械臂的残余振动,提高春定位精度,提出了柔性机械臂的开关变结构控制,并进行了实验研究,将柔性机械臂的运动分成两个阶段：第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时,通过逻辑开关,将柔性梁应变反馈量接通,以产生控制力矩,实现残余振动抑制,与传统的PID控制和带有应变反馈的全闭环反馈控制的比较结果显示,开关变结构控制能够有效,实时地抑制柔性残余振动。     

带有加速度反馈的柔性机械臂振动控制

以柔性臂末端点切向加速度作反馈量。结合柔性臂机电耦合特性,得到了以柔性臂末端点转角θｔ为输出,以柔性臂给定转角θｄ为输入的传递函数。将时域的二次型目标函数转化为频域的二次型目标函数,求解加速度增益。实验结果证明了加速度反馈抑制柔性臂振动的有效性和实用性。     

General Model to Predict Power Flow Transmitted into Laminated Beam Bases in Flexible Isolation Systems

For estimating the vibration transmission accurately and performing vibration control efficiently in isolation systems, a novel general model is presented to predict the power flow transmitted into the complicate flexible bases of laminated beams. In the model, the laminated beam bases are simulated by the first-order shear deformation laminated plate theory, which is relatively simple and economic but accurate in predicting the vibration solutions of flexible isolation systems with laminated beam bases in comparison with classical laminated beam theories and higher order theories. On the basis of the presented model, substructure technique and variational principle are employed to obtain the governing equation of the isolation system and the power flow solution. Then, the vibration characteristics of the flexible isolation systems with laminated bases are investigated. Several numerical examples are given to show the validity and efficiency of the presented model. It is concluded that the presented model is the extension of the classical one and it can obtain more accurate power flow solutions.     

柔性机械臂振动的前馈控制

基于柔性臂简化的二阶线系统模型,指出前馈延时控制在本质上是一种零极点对消技术,得到了零极点对消应满足的条件。对不同工况的柔性臂所做的前馈延时控制结果表明合理选择施加制动力矩时刻及方向将有效地抑制柔性臂的残余振动,反之则加剧柔性臂的残余振动。     

基于视觉的柔性结构振动测量及其控制

针对柔性结构振动测试及控制问题,提出采用机器视觉测量结构振动并进行反馈控制的方法。为保证闭环控制系统的实时性,需要解决视觉图像处理数据量大、处理耗时长的问题。采取运动跟踪方法选择图像感兴趣区域(re-gion of interest,简称ROI)以减少数据处理量,并采用快速中值滤波算法提高图像处理速度。为了提高处理精度、保证处理结果的准确性,试验比较了3种微分边缘检测算子,采用Roberts算子和极值法提取图像中柔性结构末端边缘信息,并利用Hough直线变换方法进行修正。基于末端中心振动的信息反馈进行柔性梁结构振动控制理论分析和试验研究。结果表明,所采用的图像处理方法满足精度和实时性的要求,并验证了基于视觉反馈振动控制的可行性。