柔性智能空间机械臂振动主动控制机制研究

发布时间：2017-10-21 11:05

  本文关键词：柔性智能空间机械臂振动主动控制机制研究

  更多相关文章： 柔性空间机械臂 奇异摄动 智能材料 振动主动控制 ADAMS

【摘要】：在空间技术大发展的背景下,众多高尖端柔性空间机械臂被越来越多地应用于深空探测、空间站技术等领域,对其动力学特性及控制方法的研究已成为迫在眉睫的需求。本文针对臂杆、关节均为柔性的空间机械臂系统,采用第二类Lagrange方程和假设模态法建立其欠驱动形式动力学模型。由于系统不仅存在载体与臂杆、臂杆相互间刚性运动的耦合,还存在刚性运动与弹性振动、弹性振动相互间的耦合,系统方程呈现强耦合、高度非线性。基于系统双时间尺度特性,引入奇异摄动理论将系统分解为慢变和快变子系统,获得表示刚体运动和弹性振动的独立方程,实现了刚性运动与弹性振动间的解耦。此外,采用虚拟样机仿真分析软件ADAMS分别对柔性关节和柔性臂杆空间机械臂系统进行动力学仿真计算,并将结果与基于奇异摄动理论的数值解进行对比分析,说明数值算法的正确性及其在处理高刚度刚柔耦合问题上的优势。基于奇异摄动模型,通过对慢变和快变子系统的控制实现柔性空间机械臂的轨迹跟踪和振动抑制,获得高精度、高效率的跟踪控制效果。针对慢变子系统,提出基于欠驱动模型的计算力矩法以实现轨迹跟踪;对快变子系统,在同时考虑关节和臂杆引起的的扭转振动及弹性振动的基础上,由关节驱动器和嵌入式压电作动器分别实现这两种振动的抑制。最后,数值计算结果表明所采用的控制方法能够快速实现轨迹跟踪,同时有效抑制系统关节的扭转振动及臂杆的弹性振动。
【关键词】：柔性空间机械臂 奇异摄动 智能材料 振动主动控制 ADAMS
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外柔性智能空间机械臂系统研究现状15-20
• 1.2.1 柔性空间机械臂建模研究15-17
• 1.2.2 空间机械臂控制研究17-19
• 1.2.3 基于压电材料的柔性空间机械臂振动主动控制研究19-20
• 1.3 本文研究内容及组织结构20-22
• 第二章 柔性智能空间机械臂动力学建模22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 柔性智能空间机械臂的简化模型22-25
• 2.2.1 柔性关节的简化模型23
• 2.2.2 柔性臂杆的简化模型23-24
• 2.2.3 压电作动器的简化模型24-25
• 2.3 柔性空间机械臂动力学建模25-29
• 2.4 柔性臂边界条件分析29-32
• 2.4.1 末端质量及转动惯量边界条件下柔性臂动力学分析30-31
• 2.4.2 数值算例与结果分析31-32
• 2.5 基于符号推导的动力学模型32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 柔性智能空间机械臂模型的奇异摄动分解35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 柔性机械臂系统的奇异摄动分解35-39
• 3.2.1 慢变子系统方程推导37-38
• 3.2.2 快变子系统方程推导38-39
• 3.2.3 柔性机械臂奇异摄动模型分析39
• 3.3 正动力学问题数值算例39-45
• 3.3.1 单臂柔性空间机械臂正动力学数值算例39-42
• 3.3.2 双臂柔性空间机械臂正动力学数值算例42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 基于虚拟样机技术的空间柔性机械臂动力学分析46-56
• 4.1 引言46-47
• 4.2 基于虚拟样机仿真分析软件的柔性机械臂动力学分析47-50
• 4.2.1 基于ADAMS与ANSYS的柔性臂杆机械臂动力学建模47-49
• 4.2.2 基于ADAMS的柔性关节机械臂动力学建模49-50
• 4.3 数值仿真研究50-55
• 4.3.1 柔性关节机械臂模型对比50-53
• 4.3.2 柔性臂杆机械臂模型对比53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 基于奇异摄动模型的轨迹跟踪及振动控制一体化研究56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 轨迹跟踪及振动控制一体化控制策略56-59
• 5.2.1 慢变子系统欠驱动计算力矩控制器设计57-58
• 5.2.2 快变子系统最优控制器设计58-59
• 5.3 数值仿真研究59-66
• 5.3.1 单臂柔性智能空间机械臂抑振效果研究59-62
• 5.3.2 双臂柔性智能空间机械臂抑振效果研究62-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 论文主要工作及结论68
• 6.2 后续研究工作及展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁捷;陈力;梁频;;空间机械臂刚柔耦合动力学模拟及小波基模糊神经网络控制[J];载人航天;2015年03期

2 梁捷;陈力;;柔性关节-柔性臂空间机器人的神经网络自适应反演控制及双重柔性振动抑制[J];计算力学学报;2014年04期

3 谢立敏;陈力;;漂浮基柔性关节空间机器人自适应滑模运动控制及振动主动抑制[J];计算力学学报;2013年05期

4 廖一寰;李道奎;唐国金;;自由漂浮柔性机械臂系统的动力学建模与仿真[J];国防科技大学学报;2010年05期

5 于登云;潘博;孙京;;空间机械臂关节动力学建模与分析的研究进展[J];航天器工程;2010年02期

6 杜欣;蔡国平;;带有末端集中质量的双连杆柔性机械臂主动控制[J];应用力学学报;2009年04期

7 杜欣;蔡国平;;双连杆柔性机械臂的主动控制[J];上海交通大学学报;2009年08期

8 于殿勇;钱玉进;;基于ADAMS动力学仿真参数设置的研究[J];计算机仿真;2006年09期

9 戈新生;崔玮;赵秋玲;;刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪与振动抑制[J];工程力学;2005年06期

10 吴大方,刘安成,麦汉超,房元鹏;压电智能柔性梁振动主动控制研究[J];北京航空航天大学学报;2004年02期

，

本文编号：1072970