基础振动下单自由度机械臂的动力学控制.pdf

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1、·机械制造与研究·史江健，等·基础振动下单自由度机械臂的动力学控制基础振动下单自由度机械臂的动力学控制史江健，侯保林(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：提出基础振动下单自由度机械臂的基于混合灵敏度函数的H控制算法。首先运用拉格朗日法建立机械臂的动力学方程；其次将参数不确定系统的控制问题转化为机械臂的频域控制问题以及混合灵敏度函数整形问题，并运用MATLAB一综合工具箱中的D—K迭代算法设计控制器。分析结果表明，所设计的控制器能够使系统具有良好的鲁棒性和鲁棒稳定性。关键词：基础振动；H控制；混合灵敏度；D．K迭代中图分类号：TH11

2、3文献标志码：A文章编号：1671-5276(2012)01-0015-03DynamicControlforOne-Degree-of-FreedomArmwithOscillatoryBaseSHIJiang-iian．H0UBao—lin(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：ThearticleputsforwardtheHcontrolmethodbasedonmixedsensit

3、ivityfunctionsforone—degrae-of—freedomarmwithoscillatingbase．Fjrstly，thedynamicequationoftheproblemisdiscussedthroughLagrange’Sequationofmotion．Then，thecon。trolsystemwithparametricuncertainties话convertedtoafraquency-dependentcontralproblemandsensitivityshapingproblem．D_Kiterati

4、oninMATLABp-AnalysisandSynthesisToolboxisusedtodesignHcontroller．Theresultsshowthatthedesignedcontrol-lercandesirablyreducedisturbancesduetothebasemotionandhastherobustnessandstability．Keywords：oscillatorybase；control；mixedsensitivityfunction；D-Kiteration鲁棒稳定性。此外为了对标量H控制器进行综合和分

5、0引言析，文中还用到了结构奇异值肛理论。通过一个具体的控制实例，表明针对本文的控制问题，运用控制法设计的置于运动平台上的机械臂的控制问题既有理论意义控制器具有良好的鲁棒性和鲁棒稳定性。又有实际意义，如安装在车辆、舰船等上的机械臂的控制问题。本文考虑由车辆运动引起的安装在车辆上的单自1建立机械臂的动力学方程由度机械臂的模型惯性矩阵中存在的参数不确定性，运用基于混合灵敏度函数的控制法对机械臂进行动力学首先建立机械臂的简化模型如图1所示，机械臂绕质控制。日控制算法已经被若干研究者证明对于参数不确量块上的转轴在垂直平面内转动的，质量块在竖直方向上定性模型以及

6、依赖于频率的控制对象是可行的。的运动。此外，有如下两点假设：文中的机械臂不仅受到自身非线性的影响，还受到由假设1：质量块运动的频率范围已知；于基础振动引起的包括惯性力等非线性力的严重影响，这假设2：机械臂施加在质量块上的力忽略不计。样就使机械臂的控制问题变成了一个受基础振动作用，参显然，考虑基础振动下单自由度机械臂的动力学控制数模型不确定的鲁棒控制问题。这里所提出的控制方法问题时，作以上两个假设条件是可行的。主要是基于日输出反馈控制和反馈线性化J，使问题y变成一种线性时不变系统控制问题。一旦确定了降低系统非线性的控制方案，明确了作为振动的输入信号，系

7、统就变成了一种受参数模型不确定性影响的线性时不变系统的振动抑制问题。假设车辆行进的路面谱已知，即基础振动的频率范围已知，这样相对于其他控制方法，如鲁棒自适应控制(ro．bustadaptivecontro1)，被动控制(passivity-basedcontro1)，干扰观测(disturbanceobserver)等，日控制法显然更适用于这里的控制问题。本文提出控制方法的优点就是，假设已知基础振动的频率范围，就完全不需要对平台的运动进图1基础振动下的机械臂行观测而直接设计控制器，并且可以保证系统的鲁棒性和作者简介：史江健(1987一)，男，江苏高邮

8、人，硕士研究生，主要研究方向为动力学控制。MachineBuildingAu~mation，Feb2012，