【摘要】： 目前有關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,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,設計了簡單的伸縮機構;并采用了歐拉梁的小變形等一系列假設建立了相應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動力并觀察仿真結果。
【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 之間以電磁鐵為驅動力來源。這樣構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 桿的具體機構設定將在下一節(jié)詳述。縮機構的動力學模型關說明與約定立的模型，不僅要盡量反應系統(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： 的質量�；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 質量。它們只是使得動力學方程中質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性的影響，推導不失一般性。

圖 2.3 系統(tǒng)各坐標系的設立（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