本文關(guān)鍵詞：基于奇異攝動(dòng)法的柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展,工業(yè)4.0成為了工業(yè)發(fā)展的必然趨勢,機(jī)器人技術(shù)將得到不斷地革新,柔性機(jī)械臂是機(jī)器人輕量化設(shè)計(jì)的重要組成部分,在航空航天、機(jī)械制造業(yè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。然而,柔性機(jī)械臂的應(yīng)用使得機(jī)器人在運(yùn)行過程中不可避免的引起彈性振動(dòng),對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度造成不良影響,不僅如此,彈性振動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械臂臂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞破壞,縮短機(jī)械臂的使用壽命。因此,必須對(duì)機(jī)械臂的振動(dòng)進(jìn)行抑制。本文以末端帶有集中質(zhì)量塊的單桿柔性機(jī)械臂為研究對(duì)象,研究其動(dòng)力學(xué)特性,并運(yùn)用奇異攝動(dòng)法將系統(tǒng)分解為兩個(gè)子系統(tǒng),對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行控制,以達(dá)到振動(dòng)控制的效果。首先,就國內(nèi)外對(duì)柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)建模和振動(dòng)抑制的方法進(jìn)行了簡單的介紹,針對(duì)本文的研究對(duì)象,將單桿柔性機(jī)械臂看作均質(zhì)的Euler-Bernoulli梁,運(yùn)用假設(shè)模態(tài)法對(duì)柔性機(jī)械臂的彈性變形進(jìn)行了描述,然后在變形的基礎(chǔ)上運(yùn)用Lagrange方程建立起了柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。并將通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)的結(jié)果與ANSYS模態(tài)分析得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,佐證了變形描述的準(zhǔn)確性。其次,對(duì)相關(guān)控制理論進(jìn)行了簡要的介紹分析,其中重點(diǎn)介紹了奇異攝動(dòng)法的思想及其分解步驟,對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法也進(jìn)行了探討,為下一步振動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。再次,通過奇異攝動(dòng)理論,將建立的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程分解為表示慢變的剛性運(yùn)動(dòng)和快變的彈性振動(dòng),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了反演滑模變結(jié)構(gòu)控制器和模糊控制器分別對(duì)慢變和快變兩個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制。最后,通過ADAMS建立起的柔性機(jī)械臂模型與Matlab/Simulink建立起的控制部分進(jìn)行聯(lián)合仿真。分析了控制器對(duì)柔性機(jī)械臂轉(zhuǎn)角、角速度、振動(dòng)量、控制力矩的控制效果,并將控制結(jié)果與傳統(tǒng)的PID控制進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了奇異攝動(dòng)法能夠很好的對(duì)柔性機(jī)械臂進(jìn)行振動(dòng)控制,且其控制效果要強(qiáng)于傳統(tǒng)的PID控制。
【關(guān)鍵詞】：柔性機(jī)械臂 動(dòng)力學(xué)建模 振動(dòng)抑制 奇異攝動(dòng)法
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 柔性機(jī)械臂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-19
• 1.2.1 柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制方法的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3 本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排19-20
• 第二章 柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模20-33
• 2.1 引言20-21
• 2.2 柔性機(jī)械臂物理模型的描述21
• 2.3 柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程的建立21-28
• 2.3.1 基于假設(shè)模態(tài)法的柔性機(jī)械臂彈性變形描述21-25
• 2.3.2 柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)分析25-28
• 2.4 模態(tài)仿真分析28-30
• 2.5 有限元計(jì)算模態(tài)分析30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第三章 控制理論概述33-44
• 3.1 PID控制原理33-34
• 3.2 奇異攝動(dòng)理論34-36
• 3.2.1 奇異攝動(dòng)的原理34
• 3.2.2 奇異攝動(dòng)的定義34-35
• 3.2.3 非線性系統(tǒng)的奇異分解35-36
• 3.3 滑�？刂评碚�36-41
• 3.3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制的原理36-37
• 3.3.2 滑動(dòng)模態(tài)的定義及數(shù)學(xué)表達(dá)式37-38
• 3.3.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)38-39
• 3.3.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制抖振產(chǎn)生的原因及抑制39-41
• 3.4 模糊控制理論41-42
• 3.5 反演控制理論42-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)44-55
• 4.1 柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型的奇異分解44-47
• 4.2 系統(tǒng)的組合控制47-48
• 4.3 柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)48-54
• 4.3.1 慢變子系統(tǒng)反演滑模控制器設(shè)計(jì)48-50
• 4.3.2 快變子系統(tǒng)模糊控制器設(shè)計(jì)50-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 基于ADAMS和Matlab的聯(lián)合仿真55-70
• 5.1 軟件的簡介55-56
• 5.1.1 動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS55-56
• 5.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件Matlab/Simulink56
• 5.2 聯(lián)合仿真流程56-57
• 5.3 聯(lián)合仿真模型建立57-60
• 5.3.1 虛擬樣機(jī)模型的建立57-59
• 5.3.2 約束的添加59
• 5.3.3 輸出變量的建立59-60
• 5.4 ADAMS控制模塊的導(dǎo)入60-62
• 5.5 聯(lián)合控制仿真62-63
• 5.6 仿真參數(shù)設(shè)定63-64
• 5.7 仿真結(jié)果分析64-69
• 5.8 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-71
• 6.1 總結(jié)70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76-77
• 致謝77-78

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于奇異攝動(dòng)法的柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：305116