面向帶輸入輸出約束的柔性機械臂的控制算法設計.pdf

1、在對深海開發(fā)，深空探測等未知領域的不斷探索過程中，高精度的工作要求或是惡劣的工作環(huán)境促使機械臂的作用越來越明顯。隨著機械臂的作用范圍的擴大，生產過程中所面臨的嚴苛實際問題以及工程中提出的苛刻的功能指標，將激發(fā)對于機械臂的進一步研究。傳統(tǒng)的機械手臂大多是采用剛性的機械材料，在一般的工程環(huán)境下，能很好地滿足具體的操作要求。但是，這樣的機械設計將不可避免的增加機械臂的質量，降低系統(tǒng)的靈活性以及增大機械臂的功耗。這些缺陷對于很多的系統(tǒng)是不可忍受

2、的。為了克服傳統(tǒng)機械臂的各項缺點，采用更為輕便的柔性材料是不錯的選擇，因其質量輕、柔韌性好、能耗低等優(yōu)點，使得柔性材料在各個領域得到了越來越多的關注與應用。然而正是因為柔性材料柔韌性強的特性，材料自身就必然易于受到外界環(huán)境擾動的影響，從而產生強烈的機械振動，降低系統(tǒng)的性能以及精度，甚至損毀機械結構，造成嚴重的經濟損失。如何有效的抑制柔性結構的振動問題，是一個急于解決的課題。
　　在本文中，將主要以柔性機械臂為研究對象，深入的研究機

3、械臂系統(tǒng)的振動控制問題，位置跟蹤問題以及輸入輸出約束的問題。首先，運用哈密頓原理，得到一組偏微分方程和常微分方程來描述柔性機械臂的動力學特性。本文將研究兩類具體的柔性機械臂模型，歐拉伯努利梁結構和鐵木辛柯梁結構，對于這兩類柔性梁結構，設計主動的邊界控制方法。針對帶非線性輸入約束的問題，設計一種可實現(xiàn)的邊界控制策略，補償帶輸入約束的非線性特性，并有效地抑制系統(tǒng)的振動。針對帶輸出約束的問題，構造障礙李雅普諾夫函數(shù)，設計一種新的邊界控制率，并