彈性連桿機(jī)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以彈性連桿機(jī)構(gòu)為對(duì)象，對(duì)含機(jī)敏構(gòu)件的彈性機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立、機(jī)構(gòu)彈性振動(dòng)主動(dòng)控制方法、原動(dòng)件速度變化對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的影響等問(wèn)題進(jìn)行了比較系統(tǒng)深入的研究。主要研究工作及結(jié)論如下： 采用有限元法和Lagrange方程，建立了含壓電機(jī)敏構(gòu)件的彈性連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行求解。在建模過(guò)程中，考慮了機(jī)構(gòu)剛體運(yùn)動(dòng)和構(gòu)件彈性變形引起的剛彈耦合效應(yīng)、壓電材料機(jī)電耦合效應(yīng)對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)能和變形能的影響、以及機(jī)構(gòu)變形引起的幾何非線性因素等。

2、建立的機(jī)構(gòu)模型為時(shí)變的非線性動(dòng)力學(xué)方程，采用改進(jìn)的狀態(tài)空間閉式算法對(duì)其進(jìn)行求解。計(jì)算出的彈性機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的響應(yīng)數(shù)據(jù)基本吻合。 針對(duì)彈性連桿機(jī)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)，提出了基于機(jī)構(gòu)離散狀態(tài)空間模型的主動(dòng)模型算法控制方法。復(fù)雜的時(shí)變非線性彈性連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)行為受多種因素影響，而模型算法控制方法降低了對(duì)系統(tǒng)模型的要求，其突出優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的不確定因素的適應(yīng)性。采用該方法對(duì)彈性機(jī)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。仿真結(jié)果與最優(yōu)

3、控制方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)比顯示其控制效果優(yōu)于最優(yōu)控制。實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了主動(dòng)模型算法控制方法的有效性。 在機(jī)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)主動(dòng)模型算法控制研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了抑制彈性連桿機(jī)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的主動(dòng)預(yù)測(cè)函數(shù)控制方法。根據(jù)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和壓電材料的特性，選擇了機(jī)構(gòu)振動(dòng)變形響應(yīng)的參考軌跡、基函數(shù)和電壓約束條件。通過(guò)優(yōu)化基函數(shù)的線性組合系數(shù)，使控制電壓具有規(guī)律性，在線計(jì)算量減小。討論了預(yù)測(cè)時(shí)域長(zhǎng)度等相關(guān)參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響。對(duì)最優(yōu)控制、模型算法控制和