基于譜方法的剛?cè)釞C(jī)械手模型降維與控制研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,國(guó)防、工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ρb備機(jī)構(gòu)的靈活性、運(yùn)行速度和運(yùn)行精度等要求越來(lái)越高,輕質(zhì)和柔性結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用越來(lái)越多;由此構(gòu)成了柔性多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)或剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)系統(tǒng),柔性機(jī)械臂是這類(lèi)系統(tǒng)的典型代表之一。由于其在航空航天、機(jī)器人等許多國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域有著強(qiáng)烈的工程應(yīng)用背景,因此對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、模型降維與軌跡控制的相關(guān)研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 在充分借鑒當(dāng)前柔性多體系統(tǒng)的研究成果可知,采用空間離散方法

2、得到的柔性多體動(dòng)力學(xué)模型的維數(shù)一般較高;為了得到便于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與控制研究的較高精度的低維近似模型,提出了基于譜方法時(shí)空分離及Galerkin截?cái)嗬碚摰哪Ｐ徒稻S方法對(duì)柔性多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行降維。論文中設(shè)計(jì)并搭建了剛?cè)釞C(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并以此為研究對(duì)象對(duì)其動(dòng)力學(xué)建模、模型降維及軌跡控制等方面進(jìn)行探索與實(shí)踐并開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,具體研究工作總結(jié)如下:
　　 (1)根據(jù)研究對(duì)象及目的設(shè)計(jì)了剛?cè)釞C(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體方案,建立并確定了其三維立

3、體模型以及驅(qū)動(dòng)方案;并對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械手實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、活動(dòng)空間進(jìn)行了研究分析。
　　 (2)以機(jī)械手實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的剛-柔雙連桿臂組成的剛?cè)狁詈系臒o(wú)窮維分布參數(shù)系統(tǒng)作為研究對(duì)象,采用Lagrange方程法求得偏微分方程形式的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。采用基于譜方法時(shí)空分離及Galerkin截?cái)嗬碚摰哪Ｐ徒稻S方法對(duì)得到的連續(xù)無(wú)窮維的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行降維,得到能較好地表示剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)變形等特征的低維高精度近似模型。然后對(duì)剛-柔雙連桿臂的剛?cè)狁詈咸匦赃M(jìn)行

4、了仿真分析。
　　 (3)針對(duì)剛-柔雙連桿臂模型的非最小相位特性、參數(shù)時(shí)變、強(qiáng)非線(xiàn)性等情況,通過(guò)輸出重定義方法消除系統(tǒng)末端輸出的非最小相位特性,然后采用輸入輸出線(xiàn)性化將動(dòng)力學(xué)模型部分線(xiàn)性化,使之分成輸入輸出子系統(tǒng)和內(nèi)動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)兩部分;輸入輸出子系統(tǒng)采用逆動(dòng)態(tài)滑模控制器,內(nèi)動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)采用狀態(tài)反饋控制器進(jìn)行鎮(zhèn)定。經(jīng)過(guò)仿真研究,結(jié)果表明該控制策略具有良好的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能。
　　 (4)在已搭建的剛?cè)釞C(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了相