行星减速器驱动旋转双柔性压电梁振动控制实验研究

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1、SouthChinaUniversityofTechnology硕士学位论文行星减速器驱动旋转双柔性压电梁振动控制实验研究作者姓名吴传健学科专业机械电子工程指导教师邱志成教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月ExperimentalResearchonVibrationControlofRotatingDoubleFlexiblePiezoelectricBeamswithPlanetaryReducerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WuChuanjianSup

2、ervisor：Prof.QiuZhichengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP273+.4学校代号：10561学号：201220100529华南理工大学硕士学位论文行星减速器驱动旋转双柔性压电梁振动控制实验研究作者姓名：吴传健指导教师姓名、职称：邱志成教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械电子工程研究方向：机电系统建模、检测与控制论文提交日期：2015年4月21日论文答辩日期：2015年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：黄平委员：

3、陈扬枝李静蓉李旻邱志成华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：H傻日期：2蚵年6月y日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版

4、，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在_____年解密后适用本授权书。g不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：I、勾’走、曰期：4指导教师签名乏日期：20/碎6闷50摘要空间柔性机器人、航天

5、器太阳能帆板以及螺旋桨等具有旋转双臂的柔性结构具有质量轻、阻尼小、刚度低的特点，这使得结构在受到外部扰动作用和姿态转动调整过程中易产生持续振动，影响系统的稳定性和定位精度。同时，与柔性结构联接的行星减速器在传动过程中不可避免地存在间隙和摩擦等非线性特性。双柔性臂的耦合作用、行星齿轮减速器的摩擦特性、间隙特性等非线性因素共同影响下的旋转双柔性梁系统是一个强耦合、非线性的多输入多输出(MIMO)控制系统，加大了控制难度。因此，有必要针对该系统设计控制算法，对振动进行有效的抑制。在行星减速器存在间隙的情况下，双梁的耦合作用表现为双柔性梁以反相振动为主的振动形

6、态，仅采用伺服电机作为驱动器控制该系统是不可能的。并且，行星减速器的间隙非线性和摩擦非线性将降低基于模型算法的控制性能。为此，首先针对旋转双柔性梁控制系统设计常规比例加微分(PD)控制器；其次，研究一种适用于MIMO系统的非线性T-S模糊控制算法。利用模糊控制器自身具有的多变量解耦能力以及模糊规则具有的分段性，将非线性引入控制器，实现双柔性梁在平衡点附近的小幅值振动的快速抑制；最后，研究一种基于MIMO系统的分层递推模糊控制算法。算法在模糊控制器中引入分层结构，将旋转双柔性梁系统的运行状态划分为不同的区间进行控制，以得到满意的控制效果。分层递推结构的引

7、入在处理多变量系统模糊规则爆炸问题的同时，解决了规则集合完备性和相容性的矛盾。设计并建立旋转双柔性压电梁结构振动控制实验平台。利用压电传感器采集柔性梁的振动信号，压电驱动器和交流伺服电机驱动器抑制柔性梁的振动，对PD控制算法、非线性T-S模糊控制算法和分层递推模糊算法进行实验比较研究。实验研究分别采用单压电驱动、双压电驱动、反接单压电驱动、反接双压电驱动、双压电和伺服电机复合驱动、电机旋转过程中的双压电驱动控制策略，验证研究算法在不同控制策略下的控制效果。实验结果显示，相比PD算法，研究的非线性T-S模糊控制算法和分层递推模糊算法对结构的大幅值振动和小

8、幅值振动都有更快速的抑制效果。实验结果验证了反接驱动控制方案的不可行性。关键词：旋转双柔性压电