【摘要】： 目前有關(guān)FMS(Flexible Multibody system柔性多體系統(tǒng))的逆動力學建模,尚無理想的通用方法。本文針對高速往復FMS(Flexible Multibody System柔性多體系統(tǒng)),提出利用特定的運動規(guī)律并基于合理的近似假設(shè),來解決動力學方程中的強非線性、強耦合性的問題的方法,建立一種多級逆動力學模型,并在此基礎(chǔ)上制定前饋控制策略,為類似的問題提供了新的思路。 本文力圖根據(jù)高速往復運動機構(gòu)本身的運動特點,引進“慢變振動”的概念,求解出一個“多級逆動力學模型”;根據(jù)工況的要求、目標位置x?和精度ε來規(guī)劃運動律,力求在到達目標位置時定位精度滿足要求的情況下,效率盡量高,即T盡量小,以便制定一個前饋控制律p (t )。 本文的主要研究工作包括: 1、以采茶為工況背景,設(shè)計了簡單的伸縮機構(gòu);并采用了歐拉梁的小變形等一系列假設(shè)建立了相應(yīng)的理想化動力學模型,使其兼顧描述的精確性和推導的簡潔性。 2、借助“慢變振動”的概念,根據(jù)機構(gòu)運動的特點,建立了一個多級逆動力學模型。首先在“慢變振動”意義下,求解彈性坐標;再根據(jù)運動特點,來化簡動力學方程,求解較為精確的彈性坐標,進而利用振動評價公式,來描述末端到達目標位置前后的振動的情況。 3、基于Taylor基數(shù),將運動描述變量θ1和θ2展開,將工況要求歸結(jié)為有界條件極值問題,完善了多級逆動力學模型并制定了控制策略:以目標位置x?和定位精度ε作為約束指標,以機構(gòu)運動時間作為優(yōu)化指標。 4、利用工況的特點,在保證精度的前提下,對控制算式進行了適當?shù)幕?使得控制算式更具時效性�；喌姆绞接幸韵聝蓚�方面:1)對振動能算式中的彈性坐標進行合理的放大處理。2)對運動變量中的三角式進行了線性化。 5、驗證了逆動力學模型和控制算法的正確性。其中有界條件極值問題的求解,借助MATLAB優(yōu)化工具箱(Optimization Toolbox)中的相關(guān)命令完成;并以ADAMS正模型作為精確解,利用MATLAB的simulink模塊與ADAMS聯(lián)合仿真,向正模型導入所求得的驅(qū)動力并觀察仿真結(jié)果。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TH113
【圖文】：

圖 2.1 理想伸縮機構(gòu)B 點、F 點處均有滑動副連接與固定支架，各連桿之間并連桿與滑動接。重力方向為從左至右，A、F 之間以電磁鐵為驅(qū)動力來源。這樣構(gòu)和受力上都是對稱的，便于逆動力學的推導（詳見第三章）。C 桿、EF 桿、ED 桿與 CD 桿的具體機構(gòu)設(shè)定將在下一節(jié)詳述�？s機構(gòu)的動力學模型關(guān)說明與約定立的模型，不僅要盡量反應(yīng)系統(tǒng)的物理學特性，還有方便后面逆模型是要求整體（剛性）運動描述與變形運動描述在形式上盡量分離。這描述的精確性和推導的簡潔性。種要求和理論特點，本文采用了如下的理論框架 ：基于歐拉梁的小分析動力學的虛功原理和相對描述法（向量約定如圖 2.2），其中采用[1]

圖 2.2 相對描述的向量約定標系，' ' 'x o y 為動坐標系，'fu 為 p 點在動坐標系進行離散有：'qf fu = Φ 。些約定：所有坐標系均采用右手坐標系，以 來表坐標系運動的變量( i)( i)θ ，其正向為慣性系坐標(1x 陣、向量（θ 除外）均用黑體表示。近似假設(shè)： 的質(zhì)量�；瑝K B 是在理想化處理時加上的，運動統(tǒng)中并沒有�；瑝K A、F 質(zhì)量。它們只是使得動力學方程中質(zhì)義力向量中的各項在形式上變的復雜一些，對于的制定沒有本質(zhì)性的影響，推導不失一般性。

圖 2.3 系統(tǒng)各坐標系的設(shè)立（1）AC、OE 桿：橫截面為正方形，面積為 S，彈性模量為 E，橫截面的慣性矩為 I，密度為ρ，長度為 2l，取前兩階模態(tài)，相應(yīng)的固有頻率22ii El AπωIρ = ， i=1 ,2；模態(tài)矩陣為1 20 0φ φ Φ= ，1sin2xlπφ = ，2sinxlπφ = ；彈性坐標向量 [ ]1 2q =Tfq q 。（上標略）（2）CD、ED 桿：橫截面為正方形，面積為 S，彈性模量為 E，橫截面的慣性矩為 I，密度為ρ，長度為 l，取前兩階模態(tài)，相應(yīng)的固有頻率2ii El AπωIρ = ， i=1 ,2；模態(tài)矩陣為0 0φ φ Φ= ，1sinxπφ = ，22sinxπφ = ；

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本文編號：2760412