本文關(guān)鍵詞：作大范圍運(yùn)動(dòng)空間柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模與控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著航天技術(shù)的發(fā)展,空間機(jī)械臂的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文針對(duì)環(huán)繞目標(biāo)航天器飛行的載體位姿受控的空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與控制進(jìn)行研究。本文首先采用傳統(tǒng)混合坐標(biāo)法對(duì)空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,分別利用假設(shè)模態(tài)法和有限元法描述機(jī)械臂的柔性變形,基于Lagrange方程建立系統(tǒng)在慣性坐標(biāo)系下的動(dòng)力學(xué)模型;然后結(jié)合空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)環(huán)繞目標(biāo)航天器飛行的相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)慣性坐標(biāo)系下的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行修正;再根據(jù)空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和三次樣條插值規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂抓取目標(biāo)航天器過(guò)程中系統(tǒng)的載體位姿以及機(jī)械臂關(guān)節(jié)角的軌跡;最后根據(jù)奇異攝動(dòng)法設(shè)計(jì)控制器。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能夠?qū)ο到y(tǒng)載體位姿和機(jī)械臂關(guān)節(jié)角實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤,并且對(duì)機(jī)械臂的振動(dòng)有良好的抑制效果。為揭示中線耦合變形與大范圍運(yùn)動(dòng)的耦合效應(yīng)對(duì)空間柔性機(jī)械臂振動(dòng)的影響,先研究作大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)的一維懸臂梁。仿真結(jié)果表明,由于傳統(tǒng)混合坐標(biāo)法建模時(shí)未考慮中線耦合變形,當(dāng)懸臂梁的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度大于其橫向振動(dòng)的一階固有頻率時(shí),懸臂梁系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)剛度,振動(dòng)發(fā)散;而考慮中線耦合變形的耦合動(dòng)力學(xué)模型的縱向振動(dòng)與橫向振動(dòng)仍然穩(wěn)定,與實(shí)際情況相符。對(duì)于空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng),由于在抓取目標(biāo)航天器的過(guò)程中機(jī)械臂的角速度遠(yuǎn)小于其自身橫向振動(dòng)的一階固有頻率,因此考慮中線耦合變形的動(dòng)力學(xué)模型與傳統(tǒng)混合坐標(biāo)法模型的仿真結(jié)果幾乎一致。考慮中線耦合的建模方法對(duì)機(jī)械臂振動(dòng)的描述更準(zhǔn)確,可以應(yīng)用于未來(lái)可能出現(xiàn)的柔性機(jī)械臂高速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。為進(jìn)一步對(duì)所建立的動(dòng)力學(xué)模型以及所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行驗(yàn)證,本文基于ADAMS虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真環(huán)境,結(jié)合ANSYS有限元分析軟件,建立載體位姿受控的空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)虛擬樣機(jī),借助ADAMS與MATLAB間的數(shù)據(jù)交互接口,建立ADAMS-MATLAB聯(lián)合仿真平臺(tái),完成了空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)虛擬樣機(jī)聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)。虛擬樣機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與自編程序數(shù)值仿真結(jié)果高度吻合,證明了本文所建立空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的正確性與所設(shè)計(jì)控制器的有效性。
【關(guān)鍵詞】：空間柔性機(jī)械臂 假設(shè)模態(tài)法 有限元法 中線耦合變形 軌跡跟蹤 振動(dòng)抑制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSRACT5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 引言14-15
• 1.2 空間機(jī)械臂的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 空間柔性機(jī)械臂的建模理論18-23
• 1.3.1 柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模理論的發(fā)展18-19
• 1.3.2 描述柔性體變形的方法19-20
• 1.3.3 柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法20-23
• 1.4 空間柔性機(jī)械臂的控制理論23-26
• 1.4.1 軌跡跟蹤控制23-24
• 1.4.2 振動(dòng)抑制24-26
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排26-27
• 第二章 基于傳統(tǒng)方法的空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與控制27-53
• 2.1 引言27
• 2.2 問(wèn)題描述27-29
• 2.3 假設(shè)模態(tài)法29-33
• 2.3.1 慣性系下的動(dòng)力學(xué)模型29-32
• 2.3.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的修正動(dòng)力學(xué)模型32-33
• 2.4 有限元法33-39
• 2.4.1 慣性系下的動(dòng)力學(xué)模型33-37
• 2.4.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的修正動(dòng)力學(xué)模型37-39
• 2.5 空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃39-45
• 2.5.1 規(guī)劃載體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡及姿態(tài)角39
• 2.5.2 規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的關(guān)節(jié)角39-45
• 2.6 控制器設(shè)計(jì)45-48
• 2.6.1 軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)47
• 2.6.2 機(jī)械臂振動(dòng)抑制控制器設(shè)計(jì)47-48
• 2.7 數(shù)值仿真48-51
• 2.7.1 軌跡規(guī)劃的數(shù)值仿真48-49
• 2.7.2 兩種建模方法下仿真結(jié)果的對(duì)比49-51
• 2.8 本章小結(jié)51-53
• 第三章 作大范圍運(yùn)動(dòng)懸臂梁的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究53-59
• 3.1 引言53
• 3.2 懸臂梁的動(dòng)力學(xué)模型53-56
• 3.3 數(shù)值仿真56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 考慮柔性機(jī)械臂中線耦合變形的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與控制59-67
• 4.1 引言59
• 4.2 考慮柔性機(jī)械臂中線耦合變形的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型59-63
• 4.2.1 慣性系下的動(dòng)力學(xué)模型59-62
• 4.2.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的修正動(dòng)力學(xué)模型62-63
• 4.3 數(shù)值仿真63-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)建模與控制仿真67-77
• 5.1 引言67-68
• 5.2 空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型68-71
• 5.2.1 基于ANSYS柔性機(jī)械臂建模68
• 5.2.2 ANSYS導(dǎo)出模態(tài)中性文件68-69
• 5.2.3 ADAMS建立剛?cè)狁詈夏Ｐ?/span>69-71
• 5.3 基于ADAMS和MATLAB的聯(lián)合仿真71-76
• 5.3.1 MATLAB控制方案72-73
• 5.3.2 聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果73-74
• 5.3.3 聯(lián)合仿真與自編有限元數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)比74-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 研究工作總結(jié)77-78
• 6.2 不足之處與研究展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-84
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84-85
• 附錄85-101

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張慶,王華坤,張世琪;組合柔性機(jī)械臂變形及滯遲特性分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2005年05期

2 劉廣瑞;柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制研究[J];機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新;2005年03期

3 張雪蓮;潘鐵強(qiáng);;柔性機(jī)械臂控制方法的研究[J];科技信息(學(xué)術(shù)研究);2006年09期

4 崔玲麗;張建宇;高立新;肖志權(quán);;柔性機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2007年06期

5 李坤;，

本文編號(hào)：280959