大型串聯(lián)臂架系統(tǒng)工作端軌跡控制研究.pdf

1、隨著城市化進程的加快以及基礎(chǔ)交通工程建設(shè)的需求，大型臂架系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，例如高空作業(yè)車的臂架系統(tǒng)，用于混凝土輸送的混凝土泵車臂架系統(tǒng)等。目前，這類大型臂架系統(tǒng)的自動化程度較低，嚴(yán)重制約了施工效率以及整體施工水平的提高，因此開展大型臂架系統(tǒng)工作端軌跡控制的研究具有重要的理論與現(xiàn)實意義。大型臂架系統(tǒng)多為冗余度系統(tǒng)，具有強的非線性和柔性特性，而且在實際應(yīng)用中大型臂架的軌跡運動具有任意性和高實時性的要求，這些客觀的因素給大型臂架系統(tǒng)工

2、作端軌跡運動的實現(xiàn)帶來挑戰(zhàn)。
　　本課題以混凝土泵車臂架系統(tǒng)為具體研究對象，分別從具有冗余度臂架系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃，關(guān)節(jié)的伺服控制，軌跡的控制試驗，以及臂架振動的主動控制等方面展開研究，研究的內(nèi)容主要包括：
　　(1)建立臂架系統(tǒng)的D-H坐標(biāo)系并進行正運動學(xué)分析。針對多冗余度的臂架系統(tǒng)，提出一種基于區(qū)域劃分的軌跡規(guī)劃方法，通過將臂架系統(tǒng)工作端的工作空間劃分成若干個規(guī)則子區(qū)域，并在各子區(qū)域中給定前三關(guān)節(jié)的優(yōu)化規(guī)則，將原冗余度系統(tǒng)轉(zhuǎn)

3、換為非冗余度系統(tǒng)，實現(xiàn)臂架系統(tǒng)逆運動學(xué)的快速求解，解決了軌跡規(guī)劃的實時性問題。由引入的區(qū)域劃分和優(yōu)化規(guī)則得到前三關(guān)節(jié)的全局優(yōu)化軌跡，以實現(xiàn)臂架系統(tǒng)的平穩(wěn)運動。通過對各關(guān)節(jié)處驅(qū)動機構(gòu)的分析，建立關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動空間之間的運動關(guān)系。
　　(2)對于關(guān)節(jié)的運動控制，提出基于流量前饋和仿人智能控制相結(jié)合的控制策略，通過應(yīng)用間接式的測量方式獲取相對精確的系統(tǒng)流量特性以提高前饋控制的精度；通過模擬人的思維和控制行為給出系統(tǒng)的誤差特征模型，并制定

4、相應(yīng)的控制模態(tài)和推理規(guī)則，提出的綜合控制策略能夠有效克服臂架系統(tǒng)中強非線性和參數(shù)不確定性因素對軌跡控制的影響，實現(xiàn)關(guān)節(jié)精確、平穩(wěn)的運動控制。對系統(tǒng)中的時變死區(qū)特性提出基于深度的雙向補償策略，通過制定不同方向的多段式補償措施，解決由于擾動而引起的比例閥頻繁換向問題。對軌跡運動中的流量飽和問題提出一種抗流量飽和控制策略，依據(jù)系統(tǒng)的最大流量實時地修正工作端的指令速度，實現(xiàn)了臂架工作端在供給流量不足情況下仍能完成既定運動軌跡，并保持較高的使用效

5、率。
　　(3)應(yīng)用lagrange法建立臂架系統(tǒng)強非線性的柔性多體動力學(xué)模型，基于建立的模型應(yīng)用數(shù)值法分析臂架系統(tǒng)在周期性外部激勵下的振動響應(yīng)?；诜治龅慕Y(jié)果，針對由外部激勵引起的臂架振動提出位置恒定無指令輸入整形的主動控制策略，通過設(shè)計具有相反方向的雙脈沖控制作用，實現(xiàn)對臂架系統(tǒng)振動的快速抑制，并避免減振過程中引發(fā)的臂架位置偏移。
　　(4)設(shè)計臂架軌跡控制系統(tǒng)的硬件體系以及遙控功能，基于真實的臂架平臺進行典型直線軌跡運