本文關(guān)鍵詞：行星減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁振動控制實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：空間柔性機(jī)器人、航天器太陽能帆板以及螺旋槳等具有旋轉(zhuǎn)雙臂的柔性結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、阻尼小、剛度低的特點(diǎn),這使得結(jié)構(gòu)在受到外部擾動作用和姿態(tài)轉(zhuǎn)動調(diào)整過程中易產(chǎn)生持續(xù)振動,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和定位精度。同時,與柔性結(jié)構(gòu)聯(lián)接的行星減速器在傳動過程中不可避免地存在間隙和摩擦等非線性特性。雙柔性臂的耦合作用、行星齒輪減速器的摩擦特性、間隙特性等非線性因素共同影響下的旋轉(zhuǎn)雙柔性梁系統(tǒng)是一個強(qiáng)耦合、非線性的多輸入多輸出(MIMO)控制系統(tǒng),加大了控制難度。因此,有必要針對該系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制算法,對振動進(jìn)行有效的抑制。在行星減速器存在間隙的情況下,雙梁的耦合作用表現(xiàn)為雙柔性梁以反相振動為主的振動形態(tài),僅采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動器控制該系統(tǒng)是不可能的。并且,行星減速器的間隙非線性和摩擦非線性將降低基于模型算法的控制性能。為此,首先針對旋轉(zhuǎn)雙柔性梁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)常規(guī)比例加微分(PD)控制器;其次,研究一種適用于MIMO系統(tǒng)的非線性T-S模糊控制算法。利用模糊控制器自身具有的多變量解耦能力以及模糊規(guī)則具有的分段性,將非線性引入控制器,實(shí)現(xiàn)雙柔性梁在平衡點(diǎn)附近的小幅值振動的快速抑制;最后,研究一種基于MIMO系統(tǒng)的分層遞推模糊控制算法。算法在模糊控制器中引入分層結(jié)構(gòu),將旋轉(zhuǎn)雙柔性梁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)劃分為不同的區(qū)間進(jìn)行控制,以得到滿意的控制效果。分層遞推結(jié)構(gòu)的引入在處理多變量系統(tǒng)模糊規(guī)則爆炸問題的同時,解決了規(guī)則集合完備性和相容性的矛盾。設(shè)計(jì)并建立旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁結(jié)構(gòu)振動控制實(shí)驗(yàn)平臺。利用壓電傳感器采集柔性梁的振動信號,壓電驅(qū)動器和交流伺服電機(jī)驅(qū)動器抑制柔性梁的振動,對PD控制算法、非線性T-S模糊控制算法和分層遞推模糊算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較研究。實(shí)驗(yàn)研究分別采用單壓電驅(qū)動、雙壓電驅(qū)動、反接單壓電驅(qū)動、反接雙壓電驅(qū)動、雙壓電和伺服電機(jī)復(fù)合驅(qū)動、電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中的雙壓電驅(qū)動控制策略,驗(yàn)證研究算法在不同控制策略下的控制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,相比PD算法,研究的非線性T-S模糊控制算法和分層遞推模糊算法對結(jié)構(gòu)的大幅值振動和小幅值振動都有更快速的抑制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了反接驅(qū)動控制方案的不可行性。
【關(guān)鍵詞】：旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁 行星減速器 間隙 耦合 振動控制
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH132.46;TB535
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題背景及研究意義11-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-23
• 1.3.1 智能柔性梁結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.2 智能材料的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.3 信號濾波技術(shù)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.4 驅(qū)動器非線性特性的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.5 振動控制算法研究現(xiàn)狀19-23
• 1.4 本文的主要內(nèi)容23-25
• 第二章 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁結(jié)構(gòu)振動特性分析25-45
• 2.1 行星減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁系統(tǒng)25-26
• 2.2 旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁的材料和尺寸參數(shù)26-28
• 2.3 行星齒輪減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)雙柔性梁系統(tǒng)特性分析28-36
• 2.3.1 行星齒輪減速器的摩擦非線性和間隙非線性28-33
• 2.3.2 旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁的ANSYS模態(tài)分析和耦合特性分析33-36
• 2.4 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型36-40
• 2.5 考慮齒輪間隙的行星減速器動力學(xué)模型40-43
• 2.6 行星減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁系統(tǒng)的振動控制策略43-44
• 2.7 本章小結(jié)44-45
• 第三章 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁振動主動控制算法45-72
• 3.1 PD控制算法設(shè)計(jì)45-46
• 3.2 非線性T-S模糊控制算法設(shè)計(jì)46-52
• 3.2.1 MIMO系統(tǒng)模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定48-49
• 3.2.2 非線性T-S模糊控制器的語言變量和論域49
• 3.2.3 模糊語言值的隸屬度函數(shù)49-50
• 3.2.4 模糊推理規(guī)則設(shè)計(jì)50-52
• 3.3 分層遞推模糊控制算法設(shè)計(jì)52-69
• 3.3.1 基于MISO系統(tǒng)的分層遞推模糊控制器53-54
• 3.3.2 旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁分層遞推模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定54-55
• 3.3.3 狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)55-63
• 3.3.4 能量指標(biāo)的計(jì)算和輸入變量的分離63
• 3.3.5 高層推理機(jī)及功能模塊設(shè)計(jì)63-64
• 3.3.6 底層推理機(jī)的設(shè)計(jì)64-67
• 3.3.7 激活函數(shù)的優(yōu)化67-68
• 3.3.8 分層遞推結(jié)構(gòu)的性能分析68-69
• 3.4 Butterworth濾波器設(shè)計(jì)69-71
• 3.5 本章小結(jié)71-72
• 第四章 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁振動主動控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)72-89
• 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件72-75
• 4.2 控制系統(tǒng)軟件75-81
• 4.2.1 控制主程序設(shè)計(jì)75-77
• 4.2.2 運(yùn)動控制卡設(shè)置及內(nèi)部函數(shù)77-78
• 4.2.3 運(yùn)動控制器初始化程序78-79
• 4.2.4 運(yùn)動控制器內(nèi)部時鐘定時程序79-80
• 4.2.5 控制軟件界面設(shè)計(jì)80-81
• 4.3 旋轉(zhuǎn)雙柔性壓電梁結(jié)構(gòu)自由振動信號采集81-88
• 4.4 本章小結(jié)88-89
• 第五章 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁結(jié)構(gòu)振動控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果與比較89-133
• 5.1 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁PD控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果89-101
• 5.1.1 壓電驅(qū)動器驅(qū)動PD控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果89-91
• 5.1.2 壓電驅(qū)動器反接驅(qū)動PD控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果91-94
• 5.1.3 伺服電機(jī)驅(qū)動PD控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果94-96
• 5.1.4 壓電驅(qū)動器和伺服電機(jī)復(fù)合驅(qū)動PD控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果96-99
• 5.1.5 雙柔性梁轉(zhuǎn)動過程中的壓電驅(qū)動PD控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果99-101
• 5.2 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁非線性T-S模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果101-114
• 5.2.1 壓電驅(qū)動器驅(qū)動非線性T-S模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果102-104
• 5.2.2 壓電驅(qū)動器反接驅(qū)動非線性T-S模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果104-107
• 5.2.3 伺服電機(jī)驅(qū)動非線性T-S模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果107-109
• 5.2.4 壓電驅(qū)動器和伺服電機(jī)復(fù)合驅(qū)動非線性T-S模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果109-111
• 5.2.5 雙柔性梁轉(zhuǎn)動過程中的壓電驅(qū)動非線性T-S模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果111-114
• 5.3 旋轉(zhuǎn)雙柔性梁分層遞推模糊控制振動實(shí)驗(yàn)結(jié)果114-131
• 5.3.1 壓電驅(qū)動器驅(qū)動分層遞推模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果114-118
• 5.3.2 壓電驅(qū)動器反接驅(qū)動分層遞推模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果118-122
• 5.3.3 伺服電機(jī)驅(qū)動分層遞推模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果122-125
• 5.3.4 壓電驅(qū)動器和伺服電機(jī)復(fù)合驅(qū)動分層遞推模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果125-128
• 5.3.5 雙柔性梁轉(zhuǎn)動過程中的壓電驅(qū)動分層遞推模糊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果128-131
• 5.4 本章小結(jié)131-133
• 總結(jié)與展望133-135
• 全文工作總結(jié)133-134
• 今后研究方向與展望134-135
• 參考文獻(xiàn)135-144
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果144-145
• 致謝145-146
• 附件146

【參考文獻(xiàn)】

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10 李坤;

本文編號：387279