旋转柔性铰接梁建模及振动主动控制研究

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1、考淘^乂fSouthChinaUniversityofTechnology硕士学位论文旋转柔性铰接梁建模及振动主动控制研究作者姓名___________许燕飞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ResearchonModelingandActiveVibrationControlofaRotatingTwo-connectedFlexibleBeamADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuY

2、anfeiSupervisor：Prof.QiuZhichengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：201220100550华南理工大学硕士学位论文旋转柔性铰接梁建模及振动主动控制研究作者姓名：许燕飞指导教师姓名、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：机器人及先进运动控制论文提交日期：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：

3、年月日答辩委员会成员：主席：黄平委员：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：0^表令日期：2^上年6月卜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，艮P:研究生在校攻读学位期间论文工作

4、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，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。向不保密，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

5、或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：、日期：7^.6.以指导教师签名:日期：摘要现代航天器通常安装有大跨度太阳能帆板和巨型天线等柔性构件，转动调姿、交会对接或者受到外部扰动时，都会容易引起柔性结构的振动。这种振动尤其是低阶的小幅值振动在太空环境中会持续很长时间，如果不对其进行主动抑制，将会影响系统的稳定性和指向定位精度，甚至造成灾难性的损失。针对旋转机械臂等刚柔耦合系统的振动问题，设计了一种带谐波齿轮减速器的旋转柔性铰接梁系统，以此为研究对象进行了动力学建模和振动控制实验研究。首先，建立了系统的

6、动力学模型。采用混合坐标法建立惯性坐标系和浮动坐标系，结合柔性铰接梁的有限元离散化分析，利用Hamilton原理推导出旋转柔性铰接梁的零次近似动力学模型。当电机停止转动时，柔性铰接梁近似悬臂条件，采用矩形薄板单元对悬臂条件下的柔性铰接梁结构进行有限元建模，并转化成标准状态空间方程和离散化形式。由建模得到的状态空间方程对柔性铰接梁进行模态分析，并与采用ANSYS软件的模态分析进行对比。利用建立的模型，采用一种基于奇异值分解(SVD)方法进行压电传感器/驱动器的位置优化配置。其次，针对旋转柔性铰接梁系统中谐波齿轮传

7、动引起的滞后、非线性及谐振等现象，分别设计了快速终端滑模、模糊快速终端滑模和自适应RBF模糊神经网络学习控制三种非线性控制算法。针对滑模控制研究了消除抖振的方法，并进行了算法的理论分析和闭环控制稳定性分析。最后，建立了基于电机和压电驱动控制柔性铰接梁振动的实验平台，进行了设定点和转动过程中的振动主动控制实验研究。实验结果表明，PD控制算法可以有效地抑制旋转柔性铰接梁的大幅值振动，但对于小幅值振动的控制效果较差，而设计的三种非线性控制算法可以迅速将振动抑制到零，快速终端滑模、模糊终端滑模控制算法保证控制效果的前提

8、下有效地消除了抖振，自适应RBF模糊神经网络在线学习功能提高了控制器的抗干扰能力和鲁棒性。此外，设计了恒流源驱动电路，并应用于形状记忆合金丝的驱动实验研究。关键词：旋转柔性铰接梁；刚柔耦合系统；优化配置；振动主动控制；模糊快速终端滑模；自适应模糊神经网络；形状记忆合金IAbstractSomeflexiblestructureslikelargespansolarpanelsandgi