柔性机械臂振动压电抑振新方法

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1、柔性机械臂振动压电抑振新方法周刚，余跃庆，方道星，丁立(北京工业大学机械工程与应用电子技术学况，北京100022)NewMethodofActiveVibrationContro1forFlexiblePiezoelectricManipulatorZHOUGa”9，YUY此一ql.公，FANGDao一匆饰9，DINGLI(CollegeofMechanicalE眼ineeringandApplledElectronicsTechnologyBeiji呀UniversityofTechnolo盯·Beijing100O22.Cllina

2、)摘要:针对含有压电智能结构的果性机械臂，提中期对柔性机械臂的振动控制进行研究以来，关于出基于模糊PID融合控制理论柔性机械臂振动主柔性机械臂动力学建模和控制的研究内容日益丰动控制方法。裕建了平面IR柔性机械臂实验装富[l一月。目前，常用的模糊PID控制大多为增益调豆，并设计了相应的控制系统，通过实脸实现了柔性整型，并联型的模糊PID控制相关文献很少。基于机械臂振动的主动控制。模型的控制方法一般计算量较大，在实验中很难满关键词:模糊PID融合控制;柔性机械臂;压电足实验实时性的要求;而当前的实验主要集中于悬陶瓷;振动主动控制臂梁的振动抑

3、制，包含电机驱动的实验很少。因此，中图分类号:TH165;TP391.9采用并联型的模糊PID控制，实现了对柔性机械臂文献标识码:A的振动控制。文章编号:1001一2257(2007)09一0060一041控制算法Abstract:Basedonfuzzy一PIDfusioncontroltheory，anewmethodofthevibrationcontrolfor模糊控制在大偏差时能迅速减小偏差，有极好theflexiblemanipulatorwithpiezoelectricsmart的控制特性，但无法解决调节终了的系统稳态偏

4、差，structureispresented.Anexperimentalsetupof即在小偏差范围内将会在平衡点附近有小幅振动。IRflexiblemanipulatorsisbuilt，anditscontrol而常规PID控制遇到时变、非线性的复杂系统，又systemisdeveloped.Thevibrationcontrolofthe不能达到理想的控制效果，适应性较差。fle元blemanipulatorisachievedb丫experiments.本控制系统采用模糊PID融合控制，调节融合K即words:fuzzy一PI

5、Dfusioncontrol;flexible因子a，当}川较大时以模糊控制为主，}el较小时以manipulator;piezoelectricceramic，activevibrationPID控制为主。这样就获得了比纯模糊控制更高的稳态精度，比纯PID控制有更快的动态响应、更小control的超调量，并且控制的输出量相对比较平滑，阶跃较小。其控制系统的结构如图1所示。0引言柔性机械臂的建模和控制方法研究，无论对柔性多体复杂航天器的控制还是对空间机器人都是极其重要的关键技术，具有重要的理论与应用意义。柔性机械臂因其结构细长和质量轻的

6、特点，在工作过程中产生振动，如果不采取有效的措施对其振动图1模糊PID融合控制系统结构进行控制，将影响其正常工作。从20世纪70年代1.IFUZZY控制器收稿日期:2D07一04一06荃金项目:国家自然科学篆会资助项目(5o5750。韵;北京市自然科学模糊控制具有不依赖于精确的数学模型，不受基金资助项目(3O62。。4)，北京市人才强教计划资助项目(PHR(IL王LB))系统外部因素影响的特点，具有较好的鲁棒性。在6O《机械与电子》2007(9)万方数据实验中，设计一个双输人单输出的模糊控制器来调1.1，4模糊控制器查询表节模糊控制输出

7、电压。模糊控制器的推理算法采用Mamdani方法，去1.11模糊控制器的结构模糊化则采用精度较高的重心法。根据以上控制规采用通用的二维模糊控制器结构，如图1所示。则，模糊推理和去模糊化方法，可得到模糊控制器查控制器输人为柔性机械臂预定应变值为与实际角度询表，并在实验过程中加以修正，如表1所示。此查，的误差。及其变化率。输出为融合控制电压“。询表存放于计算机储存器中。每一个控制周期中，112衡入全的模糊化计算机将所采集到的实测应变值。和误差变化率ec精确输人量。和ec需要分别乘以量化因子k.转换到各自的离散论域中，由表1查到相应的控制和k

8、.，并转换到各自的论域范围E和EC。这里设翰出值U，再乘以量化因子k.便得到模糊控制输出定模糊控制器输人量E和EC标准论域皆为{一6，电压值ul。由于查询表可离线计算，在线控制时计一5，一4，一3，一2，一