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。     

柔性机械臂振动控制研究

本文在参考国内外大量有关文献的基础上,归纳了柔性机械臂振动控制研究的目标和途径。重点介绍了主动控制方法、实验研究的现状以及柔性机械臂控制研究方面存在的问题。     

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...     

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。     

基于LabVIEW的四自由度机械臂运动控制系统设计

采用NI公司的LabVIEW8.2作为开发平台,通过ADLINK支持LabVIEW的PCI-8134四轴运动控制卡,以及PCI-9114DG数字输入输出与模拟输入接口,来实现对于机械臂4个自由度的驱动控制,短期内实现四自由度机械臂(3台交流伺服电机、1台微型直流电机)的变参数同步运动控制,为钢丝传动机构的控制提供应用解决方案.     

柔性机械臂接触碰撞问题的研究

分析了柔性机械臂在碰撞前、碰撞阶段以及碰撞后的动力学特性，在子结构离散的柔性多体系统动力学的基础上，导出了描述这三个不同阶段的动力学方程。从运动的连续性获得各阶段的初始条件，通过仿真计算可确定碰撞开始和结束的时刻，并求得撞击力和机械臂抓手位移的时间历程     

组合柔性机械臂动力学模型参数识别

将柔性机械臂做成组合结构,利用结合面摩擦效应抑制柔性机械臂的振动。用单根叠层组合柔性臂与实体柔性臂的自由振动对比试验验证组合柔性臂具有优良的抑振性能。用弹簧摩擦副双折线模型和三次非线性弹性力模型建立组合柔性臂的动力学模型。根据组合柔性臂有限元仿真激振试验数据,确定组合柔性臂的形函数和动态恢复力滞迟回线。用动能等效原理、滞迟回线分解法和最小二乘法确定组合柔性臂的动力学模型参数。在Simulink平台上,编制弹簧摩擦副恢复力计算模块,解决含有记忆环节的柔性臂非线性微分方程的数值求解问题。经试验验证,用该模型参数识别方法确定的动力学模型能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计提供有效方法。     

柔性机械臂的迭代学习控制研究

针对机械臂系统强耦合、非线性的特点,利用拉格朗日方程建立单连杆柔性机械臂的动力学模型,给出基于迭代学习的最优控制算法,并证明算法的收敛性。利用MATLAB进行仿真,仿真结果表明,作为一种较新的控制方法,迭代学习控制运算量小,性能稳定可靠。     

基于能量模型的柔性关节机械臂参数辨识方法

对关节动力学模型和机械臂能量模型进行了介绍,基于能量模型,提出了柔性关节机械臂参数的辨识方法。这一方法通过建立能量输入与机械臂动力学参数的线性化关系,由最小二乘法实现参数辨识。应用这一方法在六自由度柔性关节机械臂上进行动力学参数辨识试验,验证了方法的有效性。     

基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制

针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。     

基于改进的PID算法的压电柔性机械臂振动主动控制

针对柔性机械臂的振动抑制问题,将模糊逻辑控制与增量式PID算法结合,通过模糊控制算法对增量式PID的主要参数进行在线最佳整定,从而得到增量式模糊自整定PID控制算法。通过对无反馈控制、增量式PID控制、增量式模糊自整定PID控制的分析及仿真,说明此控制方法可以使机械臂末端振幅衰减80%以上。改变机械臂的末端集中质量的结果表明:当机械臂抓取不同质量重物时,增量式模糊自整定PID控制算法仍然能够达到良好的控制效果。     

基于模糊PID融合的柔性机械臂振动压电主动控制研究

针对含有压电智能结构的柔性机械臂,提出了基于模糊PID融合控制理论的柔性机械臂振动主动控制方法。搭建了悬臂梁和平面1R、2R柔性机械臂实验装置,并设计了相应的控制系统,通过实验实现了柔性机械臂振动的主动控制,实验结果显示,该方法可以抑制柔性机械臂振动,具有响应快、鲁棒性好等特点,且该方法不依赖于柔性机械臂动力学模型,算法简单,实时性好。     

基于PSO自整定PID控制器的柔性臂振动控制

针对压电柔性机械臂运行过程中的弹性振动问题,提出了基于粒子群优化算法（particle swarm optimization,简称PSO）自整定比例积分微分（proportional integral differential,简称PID）控制器参数的柔性臂振动抑制方法。采用标准粒子群优化算法,以时间乘绝对误差积（integrated time and absolute error,简称ITAE）准则为适应度函数,整定PID控制器的3个控制参数K-p,K-i和K-d,并采用Matlab Simulink平台建立双连压电柔性机械臂振动控制仿真模型,研制基于虚拟仪器技术的柔性臂振动控制试验系统。仿真与试验结果表明,采用常规PID控制算法和基于PSO自整定的PID控制算法均能有效地抑制柔性机械臂的弹性振动,但后者的振动抑制效果、鲁棒性与稳定性优于前者。     

基于LabVIEW实时模块的3自由度气动机械手控制系统的研究

本文介绍了LabVIEW实时系统以及使用设计方法.根据3自由度气动机械手的组成及工作原理构造了基于LabVIEW的实时控制系统并进行了单关节控制及空间轨迹跟踪方面的实验研究.实验结果证明控制系统能够满足设计需要,并具有灵活的扩展性.     

基于LabVIEW的振动测试系统研究

由于传统测试仪器价格昂贵、配置灵活性差等缺点,文章结合振动测试的原理和要求,设计了一个基于LabVIEW图形化编程语言的振动测试系统。系统分为两个部分:硬件部分通过传感器、信号调理电路和数据采集卡把振动信号转换输入到计算机中;软件部分利用LabVIEW 2011平台实现数据采集、信号产生、信号处理及分析的功能。同时,对该系统软件部分的设计进行了详细地介绍。     

带有应变反馈的柔性机械臂振动控制

基于柔性臂的部分状态反馈 ,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 ,以给定转角θd 为输入的传递函数。由 Parseval定理 ,将时域的二次型目标函数转化为频域的二次型目标函数 ,得到柔性臂应变反馈增益。实验结果证明结合柔性臂机电耦合特性的应变反馈抑制柔性臂振动的有效性与合理性     

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。     

空间柔性伸杆机构振动抑制的半物理仿真试验

研究空间柔性伸杆机构的振动抑制问题,提出一种基于伸杆机构自适应指令整形(Adaptive input shaper, AIS)与航天器本体输出反馈控制相结合的复合控制策略,基于经验传递函数估计方法(Empirical transfer function estimate, ETFE),建立最优指令整形器(Optimal arbitrary input shaper, OAIS)的自调整机制,得到改进的自适应指令整形器。以金字塔构型的单框架控制力矩陀螺簇(Single gimbal control moment gyros, SGCMGs)为本体执行机构,详细设计基于实时仿真机、PMAC实时运动控制板卡、SGCMGs等实物的半物理仿真试验平台。在考虑环境干扰力矩以及执行机构控制受限的情况下对控制方法进行半物理仿真试验验证。结果表明：与基于OAIS 及无指令整形前馈控制的复合控制方法相比,提出的控制方法可有效抑制伸杆机构的低频振动,实现航天器本体姿态的精确跟踪和伸杆机构的高精度指向控制。     

基于LabVIEW的虚拟低频振动测量系统研制

针时开发某炼钢厂结晶器振动装置的测振仪，阐述了基于虚拟仪器技术的振动测试系统设计，采用LabVIEW时振动测试信号的分析识别，并通过现场采集来的数据说明系统的有效性。     

漂浮基柔性空间机械臂基于奇异摄动法的模糊控制和柔性振动主动控制

讨论在载体位置不受控、姿态受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂载体姿态与关节轨迹跟踪的模糊控制及柔性振动主动控制问题。利用拉格朗日假设模态法并结合系统动量守恒关系,建立柔性空间机械臂系统的动力学方程。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和振动控制可分开设计的奇异摄动系统。对于快变子系统,设计PD控制器来对柔性杆件的振动进行主动抑制;同时,设计解耦的模糊逻辑控制器来保证慢变子系统载体姿态及关节轨迹的跟踪。由于在系统动力学方程的推导中消去柔性空间机械臂载体位置项,该模糊控制器还同时具有不需要测量反馈载体位置、移动速度、移动加速度项的优点。最后的数值仿真结果证实了所设计控制器的有效性。