柔性机械臂协调运动系统分布参数模型及控制方法研究

论文摘要

随着机器人技术和航天技术的发展,在很多情况下,需要两个柔性机械臂进行协调操作。柔性机械臂协调运动系统,不仅要考虑柔性臂末端位置、力和振动,还要考虑柔性臂末端与物体位置和力的协调操作、相互作用以及弹性振动对协调运动的影响,是位置、力、振动及协调控制的综合问题,其动力学问题更加复杂,从而系统的控制问题也非常复杂,很难仅仅通过一种控制策略来实现。本文首先利用广义哈密顿原理,建立了受约束柔性机械臂协调运动系统的分布参数动力学模型。其次,利用奇异摄动理论,通过引入一个小摄动参数,将受约束柔性机械臂协调运动系统的分布参数模型划分为表征刚体大幅整体运动的集中参数子系统和表征系统小幅振动特性的分布参数子系统。然后,本文设计了柔性臂系统的混合协调控制策略。针对集中参数子系统,因为其动力学模型与刚性臂相似,设计了混合位置/力控制器;针对分布参数子系统,研究了分布参数振动抑制控制策略,研究了其闭环子系统主算子及其生成的c0半群的特性,研究了分布参数闭环子系统的渐近稳定性。最后,通过分析柔性机械臂协调运动系统的偏微分方程解的特性,研究了柔性机械臂协调运动系统的仿真方法并给出了仿真结果,仿真结果验证了混合协调控制策略的有效性。本文是在国家自然科学基金项目"受约束多连杆柔性机械臂协调运动系统分布参数模型与控制方法研究"的支持下完成的。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 柔性臂的协调控制方法
• 1.2.2 奇异摄动理论在柔性臂中的应用
• 1.2.3 分布参数控制理论在柔性臂的应用
• 1.2.4 受约束柔性臂的位置/力混合控制方法
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 柔性臂协调运动系统的分布参数模型
• 2.1 引言
• 2.2 柔性臂分布参数模型的建立
• 2.2.1 单杆双臂系统
• 2.2.2 双杆双臂系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 柔性臂协调运动系统的奇异摄动模型
• 3.1 引言
• 3.2 单杆双臂系统的奇异摄动模型
• 3.2.1 引入摄动参数后的模型
• 3.2.2 集中参数子系统
• 3.2.3 分布参数子系统
• 3.3 双杆双臂系统的奇异摄动模型
• 3.3.1 引入摄动参数后的模型
• 3.3.2 集中参数子系统
• 3.2.3 分布参数子系统
• 3.5 本章小结
• 第四章 柔性机械臂系统的混合协调控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 集中参数子系统控制器设计
• 4.2.1 单杆双臂系统
• 4.2.2 双杆双臂系统
• 4.3 分布参数子系统控制方法
• 4.3.1 分布参数子系统控制器设计
• 4.3.2 分布参数闭环系统的发展方程
• A_i生成的c₀ 半群的特性'>4.3.3 算子^A_i生成的c₀半群的特性
• 4.3.4 分布参数子系统的渐近稳定性
• 4.4 柔性臂混合协调控制方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 柔性机械臂协调运动系统仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 本征值问题
• 5.3 偏微分方程的解
• 5.4 仿真结果
• 5.4.1 单杆双臂系统
• 5.4.2 双杆双臂系统
• 5.5 本章小结
• 第六章 本文总结
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• Abstract