壓電柔性機械臂振動控制及實驗研究.pdf

1、柔性機械臂具有工作效率高、能量消耗低、載荷質(zhì)量比大等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于航空航天、精密加工、坐標測量等領(lǐng)域。然而,在實際使用中,柔性機械臂極易產(chǎn)生彈性振動,嚴重影響正常工作,降低工作效率,難以精確定位,導(dǎo)致系統(tǒng)的精度降低。因此,近年來機器人領(lǐng)域的研究熱點就是如何建立準確實用的柔性機械臂模型,并設(shè)計出精確的控制器有效的提高柔性機械臂精度。本文擬從末端軌跡跟蹤精度和彈性振動控制精度兩個角度開展柔性機械臂振動控制的研究,主要包括建模、末端軌跡跟

2、蹤精度、彈性振動控制精度以及實驗等四個方面內(nèi)容。
　　本文以二連桿壓電柔性機械臂為研究對象,將柔性連桿視為Euler-Bernoulli梁處理。采用假設(shè)模態(tài)法描述彈性變形,考慮壓電元件和柔性關(guān)節(jié)的動、勢能影響,利用拉格朗日方程推導(dǎo)了更為符合實際的系統(tǒng)動力學(xué)模型?；贛ATLAB軟件,對柔性機械臂的模態(tài)、轉(zhuǎn)角、角速度以及彈性變形進行了仿真分析。
　　采用最優(yōu)控制理論構(gòu)建柔性機械臂末端狀態(tài)反饋方程,并選取末端軌跡跟蹤誤差、彈性變

3、量以及控制力矩大小作為優(yōu)化指標,設(shè)計最優(yōu)線性二次型跟蹤器,采用MATLAB軟件進行仿真研究,以分析末端軌跡跟蹤精度。仿真結(jié)果表明:LQR控制算法可用于柔性機械臂末端軌跡跟蹤,通過選取合適的Q、R值可實現(xiàn)高精度的末端軌跡跟蹤。
　　采用粒子群優(yōu)化算法,以ITAE準則(IntegratedTimeandAbsoluteError)為適應(yīng)度函數(shù),對PID控制器的控制參數(shù)(、、)進行整定,并基于Simulink平臺,建立系統(tǒng)彈性振動控制精

4、度的仿真模型,分別對PID控制算法和基于PSO參數(shù)整定的PID控制算法的彈性振動精度進行比較。仿真結(jié)果表明:基于PSO參數(shù)整定的PID控制算法能大幅衰減柔性機械臂的彈性振動,彈性振動控制精度比常規(guī)PID控制精度更高。pkikdk
　　設(shè)計了一套基于虛擬儀器的柔性機械臂振動控制實驗平臺,利用LabVIEW軟件的串口通信和單片機控制系統(tǒng)控制柔性機械臂在水平面的運動;通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集振動數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存儲到文本文件中,用于讀取歷史數(shù)