大型串聯(lián)臂架系統(tǒng)工作端軌跡控制研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的加快以及基礎(chǔ)交通工程建設(shè)的需求，大型臂架系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，例如高空作業(yè)車的臂架系統(tǒng)，用于混凝土輸送的混凝土泵車臂架系統(tǒng)等。目前，這類大型臂架系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低，嚴(yán)重制約了施工效率以及整體施工水平的提高，因此開展大型臂架系統(tǒng)工作端軌跡控制的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。大型臂架系統(tǒng)多為冗余度系統(tǒng)，具有強(qiáng)的非線性和柔性特性，而且在實(shí)際應(yīng)用中大型臂架的軌跡運(yùn)動(dòng)具有任意性和高實(shí)時(shí)性的要求，這些客觀的因素給大型臂架系統(tǒng)工

2、作端軌跡運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
　　本課題以混凝土泵車臂架系統(tǒng)為具體研究對(duì)象，分別從具有冗余度臂架系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃，關(guān)節(jié)的伺服控制，軌跡的控制試驗(yàn)，以及臂架振動(dòng)的主動(dòng)控制等方面展開研究，研究的內(nèi)容主要包括：
　　(1)建立臂架系統(tǒng)的D-H坐標(biāo)系并進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。針對(duì)多冗余度的臂架系統(tǒng)，提出一種基于區(qū)域劃分的軌跡規(guī)劃方法，通過(guò)將臂架系統(tǒng)工作端的工作空間劃分成若干個(gè)規(guī)則子區(qū)域，并在各子區(qū)域中給定前三關(guān)節(jié)的優(yōu)化規(guī)則，將原冗余度系統(tǒng)轉(zhuǎn)

3、換為非冗余度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臂架系統(tǒng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的快速求解，解決了軌跡規(guī)劃的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。由引入的區(qū)域劃分和優(yōu)化規(guī)則得到前三關(guān)節(jié)的全局優(yōu)化軌跡，以實(shí)現(xiàn)臂架系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)各關(guān)節(jié)處驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析，建立關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動(dòng)空間之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。
　　(2)對(duì)于關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制，提出基于流量前饋和仿人智能控制相結(jié)合的控制策略，通過(guò)應(yīng)用間接式的測(cè)量方式獲取相對(duì)精確的系統(tǒng)流量特性以提高前饋控制的精度；通過(guò)模擬人的思維和控制行為給出系統(tǒng)的誤差特征模型，并制定

4、相應(yīng)的控制模態(tài)和推理規(guī)則，提出的綜合控制策略能夠有效克服臂架系統(tǒng)中強(qiáng)非線性和參數(shù)不確定性因素對(duì)軌跡控制的影響，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)精確、平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)控制。對(duì)系統(tǒng)中的時(shí)變死區(qū)特性提出基于深度的雙向補(bǔ)償策略，通過(guò)制定不同方向的多段式補(bǔ)償措施，解決由于擾動(dòng)而引起的比例閥頻繁換向問(wèn)題。對(duì)軌跡運(yùn)動(dòng)中的流量飽和問(wèn)題提出一種抗流量飽和控制策略，依據(jù)系統(tǒng)的最大流量實(shí)時(shí)地修正工作端的指令速度，實(shí)現(xiàn)了臂架工作端在供給流量不足情況下仍能完成既定運(yùn)動(dòng)軌跡，并保持較高的使用效

5、率。
　　(3)應(yīng)用lagrange法建立臂架系統(tǒng)強(qiáng)非線性的柔性多體動(dòng)力學(xué)模型，基于建立的模型應(yīng)用數(shù)值法分析臂架系統(tǒng)在周期性外部激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)?；诜治龅慕Y(jié)果，針對(duì)由外部激勵(lì)引起的臂架振動(dòng)提出位置恒定無(wú)指令輸入整形的主動(dòng)控制策略，通過(guò)設(shè)計(jì)具有相反方向的雙脈沖控制作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)臂架系統(tǒng)振動(dòng)的快速抑制，并避免減振過(guò)程中引發(fā)的臂架位置偏移。
　　(4)設(shè)計(jì)臂架軌跡控制系統(tǒng)的硬件體系以及遙控功能，基于真實(shí)的臂架平臺(tái)進(jìn)行典型直線軌跡運(yùn)