文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
柔性机械臂系统控制仿真研究
姓名:张利婷
申请学位级别:硕士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:洪嘉振
柔性机械臂系统控制仿真研究摘要嵝曰当巯低呈欠窍咝韵低常玫降亩ρХ匠淌欠窍咝缘模本文对柔性机械臂系统的控制仿真进行了研究。研究对象是一个制目标是保证中心刚体的运动平稳性和抑制柔性梁的变形,控制力矩是加在中心刚体上的转动力矩。但是在传统的控制中,一般把非线性方程进行线性化,然后通过线性化模型用不同的控制方法来设计控制律,再把得到的控制律代入线性化的方程或者代入原非线性方程中,通过数值仿真计算来检验设计的控制律是否有效,检验结果用来指导实际工程中的控制问题。一般认为通过非线性模型得到的仿真结果应该比用线性化模型得到的仿真结果精确,然而传统的柔性机械臂系统的非线性动力学模型是零次近似模型,通过前人对动力学方程的研究成果已经知道,由于零次近似模型忽略了某些变形高次项,在某种情况下会失稳,导致错误的结论。在控制仿真中,在某种条件下也会出现零次近似模型认为通过线性化模型得到的控制律失效的情况,而该控制律代入线性化模型中进行检验是有效的。为了判断哪种模型的仿真结果更具有可信度,有必要引入一些研究者得到的更为精确的一次近似模型进行控制中心刚体,固结~根柔性梁,中心刚体的运动为绕中心轴的转动,控仿真,通过三种结果的比较,得到在控制仿真中的有效模型。上海交通大学硕士学位论文,
因止睐文着重研究各种模型在控制仿真中的差异,首先对已有的围和可信度。弧我灰果总是比零次近似模型的结果更接近一次近似模型的结果。/而且零次控制仿真的适用范围;线性化模型的控制仿真结果与一次近似模型更柔性机械臂系统的零次近似模型、一次近似模型和线性化模型进行模态离散和无量纲化,得到了适合于计算机编程实现的动力学方程,并然后再对柔性机械臂系统的控制仿真问题进行了深入研究,分别研究系统指定转角的点点控制和连续旋转控制两种工况,对影响控制仿真结果的结构参数和控制参数进行分析,得到了线性化模型,零次近似模型在某种情况下认为控制失效时,通过一次近似仿真控制指出该控制律并未失效,得到与实际相反的结论,限制了零次近似模型在为相符,在这些情况下依然适用,具有比零次近似模型更大的适用范关键词:零次近似,一次近似,耦合变形,点点控制,连续旋转控制,、通过与现有文献的对照,验证本文方程及计算的正确性与有效性。近似模型和一次近似模型在仿真中的差别,线性化模型的仿真控制结上海交通大学硕士学位论文,/~一
.瓵甀..,瑃瑆瓸琣甀,
——————————————————————————————————!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!R,一一琱琽—,琌—琍珻—
指导教师签名:砌涨利峙日期寥舡年拢保密口,在一年解密后适用本授权书。不保密嘭上海交通大学学位论文版权使用授权书日期:M拢疍臼本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于朐谝陨戏娇蚰诖颉啊獭学位论文作者签名:
璩舞直孛学位论文原创性声明上海交通大学独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式学位论文作者签名:本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。日期:!年拢H
绪论第一章§本文研究的工程背景及其意义学、现代控制理论、数值方法、计算机技术构成的多学科交叉、边缘性学科——本文研究的是柔性机械臂系统的控制仿真问题,对象是一根柔性梁固结在涡轮机叶片和旋转稳定卫星的简化模型。近几十年由于工程中复杂机械系统的部分构件已采用轻质柔性材料,系统的运行速度加快,运行精度的要求越来越高,系统的动力学性态越来越复杂,对航天器姿态控制、飞行稳定性,以及高速机构与机器人等复杂机械系统的高性能、高精度设计要求越来越高,如航天器中长达数十英尺的细长机械臂、,因此为使空间机械臂能满足人们预先规划的运动和操作要求,设计仿真过程中必需考虑机械臂各构件相对大范围运动、自身变形运动及载体运柔性机械臂的动力学及控制问题是以多体动力学、连续介质力学,结构动力柔性机械臂控