發(fā)布時間：2017-10-21 11:05

  本文關(guān)鍵詞：柔性智能空間機械臂振動主動控制機制研究

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【摘要】：在空間技術(shù)大發(fā)展的背景下,眾多高尖端柔性空間機械臂被越來越多地應用于深空探測、空間站技術(shù)等領(lǐng)域,對其動力學特性及控制方法的研究已成為迫在眉睫的需求。本文針對臂桿、關(guān)節(jié)均為柔性的空間機械臂系統(tǒng),采用第二類Lagrange方程和假設(shè)模態(tài)法建立其欠驅(qū)動形式動力學模型。由于系統(tǒng)不僅存在載體與臂桿、臂桿相互間剛性運動的耦合,還存在剛性運動與彈性振動、彈性振動相互間的耦合,系統(tǒng)方程呈現(xiàn)強耦合、高度非線性。基于系統(tǒng)雙時間尺度特性,引入奇異攝動理論將系統(tǒng)分解為慢變和快變子系統(tǒng),獲得表示剛體運動和彈性振動的獨立方程,實現(xiàn)了剛性運動與彈性振動間的解耦。此外,采用虛擬樣機仿真分析軟件ADAMS分別對柔性關(guān)節(jié)和柔性臂桿空間機械臂系統(tǒng)進行動力學仿真計算,并將結(jié)果與基于奇異攝動理論的數(shù)值解進行對比分析,說明數(shù)值算法的正確性及其在處理高剛度剛?cè)狁詈蠁栴}上的優(yōu)勢�；谄娈悢z動模型,通過對慢變和快變子系統(tǒng)的控制實現(xiàn)柔性空間機械臂的軌跡跟蹤和振動抑制,獲得高精度、高效率的跟蹤控制效果。針對慢變子系統(tǒng),提出基于欠驅(qū)動模型的計算力矩法以實現(xiàn)軌跡跟蹤;對快變子系統(tǒng),在同時考慮關(guān)節(jié)和臂桿引起的的扭轉(zhuǎn)振動及彈性振動的基礎(chǔ)上,由關(guān)節(jié)驅(qū)動器和嵌入式壓電作動器分別實現(xiàn)這兩種振動的抑制。最后,數(shù)值計算結(jié)果表明所采用的控制方法能夠快速實現(xiàn)軌跡跟蹤,同時有效抑制系統(tǒng)關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)振動及臂桿的彈性振動。
【關(guān)鍵詞】：柔性空間機械臂 奇異攝動 智能材料 振動主動控制 ADAMS
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP241;TB535
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 課題研究背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外柔性智能空間機械臂系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 柔性空間機械臂建模研究15-17
• 1.2.2 空間機械臂控制研究17-19
• 1.2.3 基于壓電材料的柔性空間機械臂振動主動控制研究19-20
• 1.3 本文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)20-22
• 第二章 柔性智能空間機械臂動力學建模22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 柔性智能空間機械臂的簡化模型22-25
• 2.2.1 柔性關(guān)節(jié)的簡化模型23
• 2.2.2 柔性臂桿的簡化模型23-24
• 2.2.3 壓電作動器的簡化模型24-25
• 2.3 柔性空間機械臂動力學建模25-29
• 2.4 柔性臂邊界條件分析29-32
• 2.4.1 末端質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量邊界條件下柔性臂動力學分析30-31
• 2.4.2 數(shù)值算例與結(jié)果分析31-32
• 2.5 基于符號推導的動力學模型32-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 柔性智能空間機械臂模型的奇異攝動分解35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 柔性機械臂系統(tǒng)的奇異攝動分解35-39
• 3.2.1 慢變子系統(tǒng)方程推導37-38
• 3.2.2 快變子系統(tǒng)方程推導38-39
• 3.2.3 柔性機械臂奇異攝動模型分析39
• 3.3 正動力學問題數(shù)值算例39-45
• 3.3.1 單臂柔性空間機械臂正動力學數(shù)值算例39-42
• 3.3.2 雙臂柔性空間機械臂正動力學數(shù)值算例42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 基于虛擬樣機技術(shù)的空間柔性機械臂動力學分析46-56
• 4.1 引言46-47
• 4.2 基于虛擬樣機仿真分析軟件的柔性機械臂動力學分析47-50
• 4.2.1 基于ADAMS與ANSYS的柔性臂桿機械臂動力學建模47-49
• 4.2.2 基于ADAMS的柔性關(guān)節(jié)機械臂動力學建模49-50
• 4.3 數(shù)值仿真研究50-55
• 4.3.1 柔性關(guān)節(jié)機械臂模型對比50-53
• 4.3.2 柔性臂桿機械臂模型對比53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 基于奇異攝動模型的軌跡跟蹤及振動控制一體化研究56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 軌跡跟蹤及振動控制一體化控制策略56-59
• 5.2.1 慢變子系統(tǒng)欠驅(qū)動計算力矩控制器設(shè)計57-58
• 5.2.2 快變子系統(tǒng)最優(yōu)控制器設(shè)計58-59
• 5.3 數(shù)值仿真研究59-66
• 5.3.1 單臂柔性智能空間機械臂抑振效果研究59-62
• 5.3.2 雙臂柔性智能空間機械臂抑振效果研究62-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 論文主要工作及結(jié)論68
• 6.2 后續(xù)研究工作及展望68-70
• 參考文獻70-74
• 致謝74-75
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文75

【參考文獻】

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本文編號：1072970