本文選題：撓性機械臂　切入點：振動抑制　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著撓性機械臂在工業(yè)機器人和航天工程中的廣泛應(yīng)用,對于其振動抑制的研究越來越深入。本課題將對其建模方法以及控制器的設(shè)計方面進行深入研究,從而實現(xiàn)對其快速、可靠的控制。本文首先需要對所要研究的撓性臂進行動力學(xué)模型的推導(dǎo)。為此根據(jù)本文研究撓性臂的性質(zhì),將其抽象為Euler-Bernoulli梁。然后,利用Lagrange方程對撓性臂進行動力學(xué)模型的推導(dǎo),通過實際測量的參數(shù),計算得到它的狀態(tài)空間方程,為后續(xù)的研究工作提供理論模型。基于PID控制理論,為撓性機械臂的振動抑制建立了PD控制器。通過對其進行仿真和實際測試,發(fā)現(xiàn)它可以快速實現(xiàn)撓性機械臂的定位過程,對撓性機械臂的振動也能起到很好地主動控制和削弱作用,但是超調(diào)量較大。其次,通過了解滑�？刂苹纠碚�,為撓性機械臂的振動抑制建立滑模控制器。通過對傳統(tǒng)滑模控制器的仿真研究,發(fā)現(xiàn)它雖然可以很好地實現(xiàn)撓性臂的快速定位,但會引入高頻的抖動現(xiàn)象。為此,對傳統(tǒng)滑模控制器進行了改進,設(shè)計了積分型切換滑�？刂破鳌Ｍㄟ^對其進行仿真研究和實際測試,發(fā)現(xiàn)它可以在滿足定位精度的前提下,對撓性機械臂的振動進行很好地控制,并能抑制高頻抖動。然后,通過介紹分數(shù)階微積分基本理論,將其應(yīng)用到滑�？刂破鞯脑O(shè)計中。為撓性機械臂設(shè)計分數(shù)階指數(shù)趨近律滑�？刂破�,通過對其進行仿真研究和實際測試,得出它可以實現(xiàn)快速準確定位,并對撓性機械臂的振動進行很好地抑制,同時也抑制了高頻抖動,達到了很好的控制效果。最后,設(shè)計了撓性機械臂振動抑制測試平臺。在該平臺上對各種控制算法的控制效果進行實際測試,并對得到了測試結(jié)果進行分析,得出各種控制方法對于撓性機械臂定位控制與振動抑制的優(yōu)劣。
[Abstract]:With the wide application of flexible manipulator in industrial robot and aerospace engineering, the research on vibration suppression is more and more in-depth. Reliable control. In this paper, we first need to deduce the dynamic model of the flexible arm to be studied. Therefore, according to the properties of the flexible arm studied in this paper, we abstract it to a Euler-Bernoulli beam. The dynamic model of flexible arm is derived by using Lagrange equation, and its state space equation is calculated through the parameters measured in practice, which provides a theoretical model for further research. Based on the control theory of PID, the state space equation is obtained. PD controller is established for vibration suppression of flexible manipulator. Through simulation and practical test, it is found that the PD controller can quickly realize the positioning process of flexible manipulator. The vibration of flexible manipulator can also be actively controlled and weakened, but the overshoot is larger. Secondly, through understanding the basic theory of sliding mode control, A sliding mode controller is established for the vibration suppression of flexible manipulator. Through the simulation of the traditional sliding mode controller, it is found that although it can realize the fast positioning of the flexible arm, it will introduce the phenomenon of high frequency jitter. The traditional sliding mode controller is improved and the integrated switching sliding mode controller is designed. The vibration of flexible manipulator is well controlled and the high frequency jitter can be restrained. Then, by introducing the basic theory of fractional calculus, It is applied to the design of sliding mode controller. The fractional exponential approach law sliding mode controller is designed for flexible manipulator. The vibration of the flexible manipulator is well suppressed, and the high frequency jitter is also restrained, which achieves a good control effect. Finally, The vibration suppression test platform of flexible manipulator is designed. The control effect of various control algorithms is tested on the platform, and the test results are analyzed. The advantages and disadvantages of various control methods for position control and vibration suppression of flexible manipulator are obtained.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP241

【參考文獻】

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本文編號：1569988