伺服驱动式柔性臂的主动振动抑制研究

发布时间：2025-05-07 03:21

　　柔性机械臂具有质量轻、能耗低、负载比高等优点,近些年来在先进制造、生物医药、深空探索等领域越发受到青睐,但是由于其包含谐波减速器或轻质连杆机构,使得柔性臂在运动过程中极易产生振动现象,进而使柔性臂的工作效率和控制精度严重降低。因此,本文以伺服驱动式柔性臂为被控对象,利用输入整形技术及压电智能材料对其振动控制问题展开了深入研究。首先,本文介绍了柔性臂振动抑制技术国内外研究现状,在此基础上使用假设模态法和拉格朗日方程建立了柔性臂弹性变形模型和动力学模型。通过Ansys和Matlab仿真验证了所建模型的准确性,分析得出了柔性臂的一阶模态占据主导地位,截取一阶模态既可以简化控制器设计又能够反映柔性臂的振动情况的结论。其次,采用前馈输入整形技术抑制柔性臂振荡,详细阐述了几种整形器的分析设计方法,并对整形器的抑振效果和鲁棒性进行了重点研究。仿真结果表明输入整形技术能够有效抑制柔性臂的振荡,单纯增加整形器的脉冲数量对抑振效果的提升并不明显还会使得系统的响应速度降低,而增加对振动方程求导的约束条件获得的整形器其抑振效果和鲁棒性都有了明显的改善。为了进一步降低柔性臂振动,采用压电材料作为振动传感器和制动器...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 柔性臂振动主动抑制技术国内外研究动态
        1.2.1 基于输入整形的主动抑振技术国内外研究动态
        1.2.2 基于轨迹规划的主动抑振技术国内外研究动态
        1.2.3 基于智能材料的主动抑振技术国内外研究动态
    1.3 课题研究的主要内容
第2章 柔性臂的弹性变形模型及动力学模型
    2.1 柔性臂的弹性形变模型
    2.2 柔性臂的模态广义质量
    2.3 压电元件的正逆压电效应
    2.4 柔性臂的动力学模型
    2.5 联合仿真分析
        2.5.1 Ansys模态分析
        2.5.2 Matlab动力学分析
    2.6 本章小结
第3章 输入整形抑制柔性臂振动
    3.1 输入整形技术
    3.2 输入整形器的设计方法
        3.2.1 零振荡输入整形器
        3.2.2 零振荡导数输入整形器
        3.2.3 三脉冲零振荡输入整形器
        3.2.4 改进型负脉冲零振荡输入整形器
    3.3 输入整形抑制柔性臂振动仿真研究
        3.3.1 ZV输入整形器
        3.3.2 ZVD输入整形器
        3.3.3 ZVDD输入整形器
        3.3.4 三脉冲零振荡输入整形器
        3.3.5 六脉冲零振荡导数整形器
        3.3.6 改进型负脉冲输入整形器
    3.4 本章小结
第4章 基于压电元件的柔性臂振动控制
    4.1 引言
    4.2 压电元件最优抑振位置研究
        4.2.1 压电元件位置优化方法
        4.2.2 压电元件位置优化仿真分析
    4.3 基于改进粒子群优化算法的柔性臂PID抑振控制
        4.3.1 粒子群算法的基本原理
        4.3.2 粒子群算法的参数设定
        4.3.3 粒子群算法的改进
        4.3.4 改进粒子群算法的工作流程
        4.3.5 压电柔性臂抑振控制器设计
    4.4 仿真分析
    4.5 本章小节
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：4043527