柔性机械臂的模态综合建模及其动力学分析

论文题目: 柔性机械臂的模态综合建模及其动力学分析

论文类型: 硕士论文

论文专业: 固体力学

作者: 黄欢

导师: 缪炳祺

关键词: 柔性机械臂,模态综合,模型降阶准则,部件两级降阶

文献来源: 浙江工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 柔性机械臂建模要求所建立的动力学模型要足够精确,以真实反映柔性机械臂的动力学特性;同时,模型的阶数又应足够低,以便于计算机进行数值求解,实现其实时控制的要求。模态综合法以有限元方法为基础,采用子结构技术来获取一组复杂结构的品质优良的“假设模态”,使其很好地覆盖系统的真实的低阶模态空间。这组模态集的数目远小于原结构的自由度数,这样可以达到模型降阶目标。但是,传统的模态综合法没有考虑到控制系统设计技术的承受能力和激励的特点,保留的大量低频子结构模态对于整体控制目标没有贡献。因此,本文考虑将多柔体系统模型降阶方法与模态综合法结合,对典型双连杆柔性机械臂模型进行建模研究,提出了部件两级降阶思想。即分别采用不同的子结构假发分支模态集获取子结构模态特征,再利用模型降阶方法对所建立的子结构模型进行降阶研究,去掉系统中弱能控和弱能观部分,进一步降低模型的阶数。用分析较少自由度的整体结构综合建立系统整体低阶方程,使得大型复杂结构整体动力特征问题得以求解。使所建立的模型从量级上大幅度缩减了整体结构的自由度,满足计算机动态求解降低运算量的需要,实现机械臂实时模拟动力学过程。最后,对系统进行响应分析,并与有限元结果比较,进行系统模型的验证。说明利用以上方法所建立的系统模型能够保证足够的精确度。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 柔性机械臂动力学建模

1.2.1 柔性体变形模化方法

1.2.2 动力学建模方法

1.3 动力学模型的降阶

1.4 论文的目的、主要工作及方法

1.4.1 论文的目的

1.4.2 论文主要工作及采用的主要方法

第二章模态综合方法建模

2.1 引言

2.1.1 模态综合法的提出及意义

2.1.2 模态综合法的理论基础

2.1.3 模态综合法分类

2.2 柔性体的模态综合建模

2.3 模态综合法各种模态集的生成

2.3.1 Craig-Bampton模态集

2.3.2 MacNeal-Rubin模态集：

2.3.3 Benfield-Hruda模态集：

2.3.4 有刚体运动分支的分支模态

第三章多柔体系统动力学模型的降阶准则

3.1 引言

3.2 惯性完备性准则

3.3 模态价值分析准则

3.3.1 价值函数和模态价值函数

3.3.2 分量价值计算

3.3.3 模态价值分析

3.4 内平衡降阶准则

3.4.1 柔性结构系统动力学模型

3.4.2 系统可控可观Gram矩阵

3.4.3 内平衡系统的定义及其实现

第四章柔性机械臂动力学部件两级降阶建模方法研究

4.1 引言

4.2 模态集的选取

4.3 利用降阶准则进行部件模态的选取

4.4 界面协调处理

4.5 程序说明及仿真算例

4.5.1 程序说明

4.5.2 MATLAB程序流程

4.5.3 柔性机械臂动力学模型仿真

4.6 本章小结

第五章论文总结和展望

5.1 论文工作总结

5.2 论文展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所发表的学术论文目录

发布时间: 2005-08-08

参考文献

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