懸掛式柔性機械臂點到點運動控制研究.pdf

1、目前柔性機械臂振動控制的研究對象大多是在水平面運動的單連桿柔性機械臂，在控制器設(shè)計的時候往往直接忽略重力的影響，而在實際應(yīng)用中柔性機械臂不可能局限于水平面上的運動，會涉及到三維空間上的運動，典型代表有懸掛式柔性機械臂，需要考慮重力所產(chǎn)生的形變影響。因此，那些常用于水平面柔性機械臂的控制方法難以直接用于諸如懸掛式柔性機械臂控制問題當(dāng)中。針對懸掛式柔性機械臂點到點運動控制任務(wù)，本文結(jié)合輸入整形技術(shù)、串級控制方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略，提出了幾

2、種有效的控制方案，以解決懸掛式柔性機械臂點到點控制任務(wù)中涉及到的振動問題以及運動控制問題。
　　所做工作具體如下:
　　(1)本文結(jié)合系統(tǒng)辨識方法和輸入整形技術(shù)，提出了一種簡單有效的前饋控制方法，以解決懸掛式單連桿柔性機械臂的角度控制問題以及振動控制問題。首先，該前饋控制方案利用最小二乘方法辨識出懸掛式單連桿柔性臂的傳遞函數(shù)，然后根據(jù)傳遞函數(shù)的極點分布確定輸入整形算子的參數(shù)，最后將控制信號和輸入整形算子得到的脈沖卷積結(jié)果輸入

3、到控制器中。該方法的好處在于利用數(shù)據(jù)建模的思想避免了柔性機械臂的復(fù)雜建模過程，且輸入整形技術(shù)本身就具有一定的魯棒性，使得該方案能夠較為魯棒地完成懸掛式單連桿柔性機械臂的角度控制。最后，利用實驗室的懸掛式柔性機械臂平臺進行實驗測試。
　　(2)本文基于串級控制思想，提出了一種基于機械臂末端位置測量的雙回路控制方案，解決了懸掛式單連桿柔性機械臂的角度控制問題和振動控制問題。該方案給出了一種由兩個控制回路構(gòu)成的串級控制方案，以克服重力及

4、柔性臂振動的影響，其中主回路控制器為常規(guī)PID控制器，用于實現(xiàn)懸掛式單連桿柔性臂末端角度的準(zhǔn)確定位任務(wù);副回路控制器為基于驅(qū)動關(guān)節(jié)角度與柔性臂末端角度差值反饋的非線性PID控制器，用于抑制柔性臂的振動和外部擾動。最后，利用實驗室的懸掛式柔性機械臂平臺進行實驗測試。
　　(3)針對懸掛式雙連桿柔性機械臂的點到點控制問題，本文提出了一種魯棒自適應(yīng)的集成控制方法，以避免對懸掛式柔性機械臂精確模型的依賴。該魯棒自適應(yīng)控制方案由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

5、器，滑?？刂破饕约癙D控制器構(gòu)成。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器中的隱含層節(jié)點參數(shù)同極限學(xué)習(xí)機一樣是隨機生成，其余相關(guān)參數(shù)的更新策略是通過李亞普諾夫穩(wěn)定性準(zhǔn)則確定得到的;滑模控制主要是用于消除模型誤差以及逼近誤差。此外，考慮到在重力的影響下很難得到懸掛式柔性機械臂的逆運動學(xué)模型，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠很好地逼近系統(tǒng)地模型，故本文采用極限學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)該逆運動學(xué)模型，即關(guān)節(jié)角度和末端坐的關(guān)系。最后基于SimMechanics仿真平臺對該算法進行了驗證測