壓電柔性臂沖擊振動的瞬態(tài)響應(yīng)及其抑制研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,柔性機(jī)械臂被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、精密機(jī)械加工等工程領(lǐng)域中,質(zhì)量輕、耗能低、精度高、載荷質(zhì)量比大等優(yōu)點(diǎn)使其成為近年來研究的前沿和熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中,由于現(xiàn)代工業(yè)對柔性臂的運(yùn)動及定位精度要求日益嚴(yán)格,結(jié)構(gòu)的彈性振動就成為限制其應(yīng)用范圍的主要障礙,尤其是當(dāng)柔性機(jī)械臂受到?jīng)_擊載荷作用時,不但會致使機(jī)械臂末端運(yùn)動誤差增大,還會致使機(jī)械臂損壞。因此,本文主要研究了壓電柔性臂在壓電驅(qū)動元件上電瞬間及電機(jī)啟動與停止時所帶來

2、的沖擊振動及其抑制方法。
　　以單桿柔性臂和雙連桿柔性臂作為研究對象,將貼有壓電片的單柔性機(jī)械臂和雙連桿柔性機(jī)械臂分別看作懸臂梁和Euler-Bernoulli梁,采用假設(shè)模態(tài)法和拉格朗日方程推導(dǎo)系統(tǒng)耦合動力學(xué)方程,在此基礎(chǔ)上考慮沖擊的瞬態(tài)作用對模型的影響,建立起柔性機(jī)械臂的剛-柔耦合沖擊動力學(xué)模型,研究機(jī)械臂系統(tǒng)的沖擊動力學(xué)特性。應(yīng)用Matlab軟件對動力學(xué)模型進(jìn)行仿真分析,并分析了壓電驅(qū)動器上電時柔性機(jī)械臂系統(tǒng)內(nèi)部各頻率分量。

3、
　　分析了標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法和不完全微分型PID控制算法的區(qū)別,指出了不完全微分型PID控制算法在對系統(tǒng)輸入有階躍激勵時振動控制的優(yōu)點(diǎn)?；赟imulink仿真平臺,分別采用兩種控制算法對單桿柔性臂和雙連桿壓電柔性機(jī)械臂的沖擊振動進(jìn)行主動控制,仿真結(jié)果表明了采用不完全微分型PID控制器較常規(guī)整PID控制算法更能有效地對壓電元件上電瞬間的沖擊振動進(jìn)行抑制,在控制性能、適應(yīng)性方面優(yōu)勢明顯。
　　利用基于工控機(jī)為核心的柔性機(jī)械臂

4、振動實(shí)時控制平臺,分別對單桿柔性機(jī)械臂和雙連桿柔性機(jī)械臂在壓電驅(qū)動元件上電瞬間、驅(qū)動電機(jī)的啟動與停止時引起的柔性臂沖擊振動抑制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。采用壓電陶瓷片作傳感器和作動器,比較了兩種抑振方法的抑振特性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了控制方法選擇的合理有效性。
　　本文從壓電驅(qū)動元件上電瞬間對柔性臂系統(tǒng)的沖擊入手來研究雙驅(qū)動壓電柔性臂的瞬態(tài)沖擊響應(yīng)。研究內(nèi)容包括單、雙桿柔性臂在壓電元件上電瞬間的沖擊動力學(xué)模型建立與仿真分析,振動控制算法的選擇,沖擊