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第卷第期年月动力学与控制学报.
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柔性机械臂的变结构振动控制研究乖
邱志成
广州华南理工大学机械学院,广东
摘要当机械臂的质量很轻,尤其是空间应用场合,机器人系统将受到高度柔性限制并且不可避免地产生
,
采用交流伺服电机通过谐波齿轮减速器驱动柔性机械臂,利用粘贴在柔性臂上的压电陶瓷片作为传
,尤其是在电机转动机动时由于电机力矩产生的振动,采用了
几种主动振动控制器:包括模态控制,软变结构控制和增益选择变结构方法,进行柔性臂的振动
,结果表明采用的控制方法可以快速抑制柔性结构的振动,采用的控
制方法是有效的.
关键词柔性机械臂,主动振动控制,压电结构,变结构控制

引言
“震颤”现象,在应用中会激励固有的柔性模态,并
随着空间技术的发展,航天器附件都有柔性化且损害驱动设备,
的趋势,大型柔性附件的使用增加了航天器设计和函数代替符号开关函数可以消除震颤,但不可避免
制造的灵活性,降低了发射成本,如大型天线、太阳的降低调节精度.
帆板等,这类结构在太空运行时,
间机器人及航天器挠性附件如太阳帆板等在扰动实验研究,根据柔性梁根部的压电片应变信号作为
情况下,其大幅度的自由振动要延续很长时间,这传感信号,采用变结构控制算法,克服系统的非线
将影响稳定性和指向控制精度,,进
控制其位置和指向⋯.因此,需要对航天器或柔性行了基于模态辨识和主动振动控制方法的比较实

者对柔性结构的振动控制进行了研究,主要有基于性,对于位置设定点的振动控制,及旋转机动及停
传感器,主要为基于末端位置、应变片或加速度传止过程中弹性振动被快速抑制.

变结构控制器设计
性能为:关节运动收敛到最终的位置,并且弹性
. 数学模型
系统,在控制器设计时采用模态截断进行模型降基于压电传感器的柔性机械臂示意图如图
阶,这样由于忽略高频动力学问题会导致观测和控所示,交流伺服电机通过谐波齿轮减速器驱动压电
制“溢出”,实际系统由于扰动及不确定柔性梁,梁的根部与谐波齿轮输出轴轮毂固定连
性因素的存在,所以需提高控制系统的鲁棒性.
非线性变结构控制方法简单,便于实现,
对系统的不确定性具有较强的鲁棒性,在实际系统部,,电机转子的角位
,变结构控制需要无限的开关频移为,距离回转中心处点的弹性位移为
率,由于数字实现的采样率的限制这在实际应用中,.当变形较小时有.,忽略梁的伸长
收到第稿,收到修改稿.
国家自然科学基金资助项目、