柔性滤波驱动机构非线性控制方法研究

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1、柔性滤波驱动机构非线性控制方法研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：刘彪指导教师：王家序教授专业：机械电子工程学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一六年五月ResearchonNonlinearControlMethodofFlexibleFilterDrivingMechanismAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiuBiaoSupervisedbyProf.WangJiaxuSpecia

2、lty:MechatronicEngineeringCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2016中文摘要摘要随着工业机器人、自动化装备和航空航天等工程领域的迅速发展，对重要装备驱动系统的精度、可靠性和寿命等提出了更加苛刻的要求。滤波驱动机构是重庆大学王家序教授针对传统驱动机构存在的问题，发明的一种高精度、高可靠、长寿命、轻量化的精密驱动机构。但是滤波驱动机构中存在的弹性材料大大增加了系统的柔性，系统表现出很强的非线性，增加了系统控制的难度。本文以柔性滤波驱动机构为研究对象，针对

3、系统中存在的非线性刚度、非线性摩擦、外界未知干扰等因素的影响，建立了柔性滤波驱动机构的非线性动力学模型，根据所建立的模型特点，研究了柔性滤波驱动机构的非线性控制方法，以减小非线性因素对系统的影响，提高系统的控制精度，并通过仿真和半实物仿真手段验证控制方法的正确性和有效性。论文主要内容如下：①充分考虑柔性滤波驱动机构工作中存在的非线性刚度、非线性摩擦、外界未知干扰等因素的影响，建立柔性滤波驱动机构的非线性动力学模型。对滤波减速器进行刚度实验，根据实验数据辨识出非线性刚度曲线参数。用LuGre模型描述系统模型中的非线性摩擦项，并通过实验分别对该摩擦模型的静态参数和动态参数进行辨识。②根

4、据建立的动力学模型特点，使用反演法完成控制器的设计，在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析，取得了较好的控制效果。针对反演法对模型参数的精度要求较高且存在“计算膨胀”的问题，采用自适应神经网络动态面控制方法，用RBF神经网络逼近柔性滤波驱动机构动力学模型中的未建模特性，补偿建模误差的影响，对系统动力学模型含有未建模特性和模型参数不准确的情况分别设计了控制器，仿真结果表明，后一种控制算法的精度要高于前者。③为了检验所设计的柔性滤波驱动机构非线性控制算法的实际控制效果，根据实验室现有设备条件，提出了一种基于LabVIEW和Simulink的柔性滤波驱动机构非线性控制算法的半

5、实物仿真方案，用S函数实现了Simulink的实时仿真，利用LabVIEW的SIT工具箱实现LabVIEW和Simulink的数据交换，充分发挥两者的优势，实验结果证明所提出的非线性控制方法的正确性和可行性。关键词：滤波驱动机构，非线性，动态面控制，神经网络，半实物仿真I英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofindustrialrobots,automationequipment,aerospaceandotherengineeringfields,aharsherstandardfortheaccuracy,reliabilityandserv

6、icelifeoftheimportantequipmenttransmissionsystemhasbeenputforward.Aimingattheproblemsexistinginthetraditionaldrivingmechanism,WangJiaxu,aprofessorfromChongqingUniversity,inventedtheflexiblefilterdrivingmechanism,whichisakindofprecisiondrivingmechanismwithhighprecision,highreliability,longlifea

7、ndlightweight.Buttheexistenceoftheelasticmaterialinfilterdrivingmechanismgreatlyincreasestheflexibilityofthesystem,whichmakesthesystemshowsstrongnonlinearity,increasingthedifficultyofcontrolforthesystem.Inthispaper,thenonlineardynamicsm