探究柔性机械臂的振动控制.pdf

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1、探究柔性机械臂的振动控制赵辉宋占胜(广东明阳风电产业集团有限公司，广东中山528437)摘要：对柔性机械臂的振动控制进行了全面分析，并建立起了相关实验系统，使用了PID的控制措施，指出PID的相关控制对于闭环反馈相互结合的有效性，在根本上说明了闭环应变反馈比PID控制更有效。关键词：柔性机械臂；振动控制；闭环反馈控制机械臂柔性动力分析和相关控制理论已经成为了我国航空航天与机械工程力学中涉及到的研究重点，从当前的现状来看，机械臂在相关构造上存在一定的缺点，那就是笨重。工业用机械人的自身重量和载重比例约为10：1—30：1之间，人的负载能力

2、能够达到1：1，为了适应工程的实际需要，开发出更高水平的机器人，就要对机械系统动力学进行深入研究，其中涉及到的领域包括动力学、控制策略、结构的设计、信息的获取、模拟计算和机电控制等方面。当前我国对于刚性机器人的相关研究工作也日益成熟，在国际上，研究重点放在了柔性机械人系统中，相关典型结构就是柔性机械臂。1柔性机械臂动力学和相关控制问题有关柔性机械臂的研究可以详细分为控制方法与动力学建模两大方面，对其进行研究的根本目的在于将柔性机械臂运动时产生的变形振动从根本上加以抑制，从而为机械臂末端的准确性和运动过程中的精确轨迹做保障。1．1柔性机械

3、臂的动力学建模柔性机械臂的动力学建模主要研究内容是对柔性机械臂动态变形过程进行全面模拟，在根本上建立相关控制系统，并将其作为控制器的设计依据。随着相关柔性系统和柔性机械臂持续增大，以往的建模方式逐渐失去了有效性，甚至使用以往的建模方式还会产生一些副作用。国外专家LIKINS使用牛顿力学中涉及到的刚柔耦合运动中混合坐标的概念，来进行建模。FRISCH使用矩阵与矢和两种力学描述方式，将集中质量和分布质量的动力模型建立了起来，布克使用LAGRANG与N—E方式建立起来了集中质量与分部质量的柔性结构的动力学模型，Shabana使用相同质量的有限

4、元方式对变形体加以全面离散，利用在浮动坐标下的有限元函数对柔性体模型进行描述，使用同一类别LAGRANG的方式建立起平面与空间中柔性体力学的动力学模型。KANE等学者使用变形约束的方式建立梁氏部件中涉及到的动力学方程，并以此为基础，创设了与之相关的动力学的刚化问题。上述对柔性动力学方程进行建模的方式各有千秋，在不同实际情况下，结合柔性机械臂自身特征与相关环境，来选择相对具体的动力学建模方式。1．2柔性机械臂的相关振动控制柔性机械臂是一种非常典型的几点耦合动力系统。同时也具备和分布参数相同的特征，即：非线性、时变性、多输入与输出性，是一种

5、带有综合性质的系统。除此之外，还具备动力学中的不稳定性与不确定性，截止到目前，学者们对于柔性机械臂中涉及到的机械振动控制工作的研究还显得非常不足，从当前的情况来看，学者们的相关目标还仅仅停留在对于单体都行机械臂控制的相关规律之中。由于当前研究的深入性与工程的需要，令与之相关的控制系统的分析与控制设备的设计工作也显得复杂了许多，几乎在所有和控制相关的领域中，都能够发现柔性机械臂的相关应用，从当前情况来看，可以将柔性机械臂的相关控制方式分成以下几类：1-2．1前馈补偿方式所谓前馈补偿法，指的就是把机械臂柔性变形所出现的机械震动看成是对于刚性

6、运动的干扰，这种干扰值是确定的，比如国外学者就采用这种方式对机械震动臂的控制进行了全面研究，利用这种补偿变形的前馈控制方式，能够在根本上将驱动力矩加以控制，很显然，这种方式的鲁棒性较差，非常依赖动力模型精准度。1．2．2被动控制方式在柔性机械臂中，全面采用了阻尼减振设备，涂料和度和性金属板，其合金或者弹性阻尼材料所形成的结构都属于阻尼控制，这种控制方式能够在一定的宽频中将相关结构振动加以全面抑制，并减少了振动的衰减。有学者对单柔性机械臂的被动控制进行了全面研究。1．2．3主动控制方式这里所提到的主动控制指的是利用外部输入的方式获取的期望

7、阻尼系统与刚性控制的方式，在1995年”1，就有学者对柔性机械臂的主动控制问题进行了全面研究，有学者在刚性机械臂反馈的基础上，利用相关矩阵中增加和模态坐标相对应的增益项目，其目的是在根本上将柔性机械臂对弹性震动所产生的阻尼进行全面研究，并在一定程度上达到了控制效果，有人使用聚偏二氟乙烯和复合材料结合，制造出了三层的薄板结构，上层是压电驱动设备，下层是压电传感设备，中间则是复合材料。并在根本上给出了机敏结构的相关控制系统为主的有限元模型，从当前的情况来看，这种目标还不能在根本上得以实现，使用压电陶瓷当做驱动器，传感器，使用电脑对其进行优化

8、控制，是一个抑制机械振动的有效方式。1．2．4智能控制方式智能的控制理论的相关发展，为柔性机械的振动控制提供了新的道路，对控制输入序列进行学习，把确定输入的序列前馈作用在控制系统之中，这种控制方式对于多种周