柔性机械臂振动抑制的混合控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第4期应用力学学报Vo1．21No．42004年12月CH卫EJOURNALOFAPPL1V．DMECHANICSDeC．2004文章编号：1000—4939(2004)04-0062-05柔性机械臂振动抑制的混合控制闰安志，2徐晖成建联孙云普2(西安交通大学西安710049)(焦作工学院焦作454159)摘要：提出柔性机械臂末端振动主动控制的一个混合方法。该方法由整形技术(InputshapingTechnique-IST)和压电作动器(PZr)的联合作用

2、对机械臂的振动进行控制。IST作为前馈控制技术通过一个序列脉冲和输入扭矩的卷积来抑制机械臂的残留振动。然而，当I的脉冲作用时间位置不够准确时，将降低机械臂的定位性能。为了提高柔性机械臂的定位精度，对于因脉冲不精确或建模不准所引起的残留振动，由PZT进行抑制。作用在P上的控制电压由线性二次最优调节器(LI)确定。动态仿真显示，提出的方法不仅对机械臂的振动抑制具有鲁棒性，而且使得PZT上的控制电压比单独使用PZT进行振动抑制时降低了50％以上，这是非常有利的。关键词：柔性臂；混合控制；整形；线性二次最优调节器；压电作

3、动器中图分类号：TP242；0328文献标识码：A柔性结构设计前反馈闭环控制器，基于Riccati方程引言和一个线性矩阵不等式证明具有多输入时滞不确定时系统是稳定的。Singhorse等]设计了具有对系柔性的机械手比刚性的机械手有更多优点：自统参数变化极不敏感的“多峰”整形器。然而，增加重较小，节省材料，较高的运动速度，较少的能量消鲁棒性的同时，也增加了系统的延迟。Mimmi等耗，需要更小的作动器，更容易搬运和操作，更多节对各种形式的整形输入下的响应进行了对比，Mo—省费用，更大的载重比。然而，柔性机械手的精确定

4、hamed等L7基于IST技术利用低通和带通滤波器对位控制则成为棘手的问题。固有的柔性和分布参数柔性机械臂进行控制。上述方案是典型地利用延长特征，使得其动态为高度复杂的非线性问题。由于脉冲序列来增加鲁棒性，这导致系统响应过慢。尽系统内阻尼很小，导致柔性系统长时间持续振动。管IST和其它前馈补偿器L8相比，具有简单、易执精确定位的需要，系统柔性产生的持续振动，系统的行、避免饱和等优点，受到了大家的重视，但其和反精确模型的建立，都给柔性机械臂的控制带来了更馈控制联合的研究还很少。多的问题uJ。许多学者利用压电材料作为

5、作动器对柔性梁的N．C．Singert引首次提出IST，它属于一种前馈振动进行了有效的控制L9～，Choi[10]利用滑模控制开环控制技术，其实质是将整形器的零点和柔性系控制电机扭矩，用常幅值控制器控制PZT电压对柔统的极点对消，从而根本上避免激发对象的振动模性机械臂的振荡进行抑制，实验和仿真显示出满意态来消除残留振动。近年来，许多研究者将研究重的控制效果。然而，滑模控制的主要缺点是易产生点放在IST抑制柔性系统的振动控制中L3J，已经高频颤振，并且PZT的控制电压也相对较大。提出几项技术来提高IST对柔性系统的

6、阻尼和频基于上述对柔性机械臂控制中的不足，本文提率参数不确定时的性能。Kapila等【3]对一个单输入出由IST和PZT进行混合控制的方法。IST用来★基金项目：国家自然科学基金(1O372O76)来稿日期：2003—09—10修回日期：2003—11—18第一作者简介：闰安志，男，1965年生，焦作工学院基础部，副教授，西安交通大学工程力学专业博士研究生；研究方向：柔性结构振动控制维普资讯http://www.cqvip.com第4期闫安志。等：柔性机械臂振动抑制的混合控制抑制柔性模态产生的振动。同时避免在滑模

7、控制中00产生的高频颤振和P的电压饱和。另一方面。由1／Jr0于脉冲作用不够准确和建模不精确引起的不希望的00振动由P进一步抑制。由于IST对模态不准有B=一／IlJr(Z)／Illl一定的鲁棒性。P的作动电压是由线性二次最优调节技术所确定。因此。该方法还避开了仅仅依赖00IST的过分延长响应时间而增加其鲁棒性的缺点。一／Ur(Z)／I仿真显示。提出的方法。不仅可以有效抑制柔性机械=[r(t)V(x。t)]。臂的振动。而且还可大大降低PZT的控制电压。d=[0D(￡)／Jro一lD(t)／IlJr⋯0一(t)／f

8、dr]。2柔性机械臂的建模D(￡)=一∑刍(￡)。=+图1所示。中心刚体的转动惯量为。驱动扭矩以上式中v(x。￡)为PZT上的电压。C是常数。r(t)。固结在中心刚体的均质柔性梁长L。宽为b。为固有频率。为梁的阻尼比。梁的转动惯量。广义厚度为h。在水平面内回转。梁的弯曲刚度为Ef。体质量。固有频率。和系数分别定义如下密度为JD。梁的两侧粘有P作动器和传感器。端部传感器测量