单连杆柔性机械手的建模与控制策略研究

发布时间：2021-08-02 23:03

　　本文研究了单度柔性连杆的响应,该柔性连杆的一个固定端附着在直流伺服电动机的旋转基座上,自由端具有一个点质量,并通过应用La Grange-Euler方法获得系统的动力学模型。拉格兰奇的运动方程式。在柔性连杆操纵器的情况下,控制目标是实现所需的末端执行器轨迹跟踪并抑制末端执行器的振动。这种系统的控制设计需要精确的动态模型,以获得所需的性能要求。过去,许多基于模型的控制器都是为柔性链接操纵器开发的。柔韧性导致末端执行器振动。机电模型通过有限元建模分别提出,最优控制设计通过仿真综合。当前的研究主要是为了在应用常规控制器（例如PID）时调节在控制非线性柔性链接中遇到的主要问题,并着重强调诸如线性二次调节器（LQR）控制器之类的最佳控制功能,以改善链接的动态响应。。提出了由机械模型和电气模型组成的单连杆柔性机械手的仿真结果,以比较每个控制器在轨迹跟踪和振动抑制方面的性能。在Ansys的帮助下完成了有限元分析仿真,以获取实验值。在MATLAB中开发了通用代码,以导出用于数值仿真和控制设计的柔性机械手的单度动力学模型。在动态公式化中,最小作用原理用于导出用于通用目的的绝对坐标系中的运动方程。由比例-... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
Chapter 1 Introduction
    1.1 Source and Significance
    1.2 Research Spectrum and Literature Review
        1.2.1 Research History
        1.2.2 Research Abroad
        1.2.3 Research in China
        1.2.4 Analysis of Literature Review
    1.3 Main Research Contents
Chapter 2 Dynamic Modeling of the System
    2.1 State of the Art
        2.1.1 General Design of Flexible Manipulator
        2.1.2 System Design
    2.2 Dynamic Modeling (MECHANICAL)
        2.2.1 Mathematical Modeling (Mechanical)
    2.3 State Space Approach
        2.3.1 Introduction
        2.3.2 State Space Modeling
    2.4 Dynamic Modeling (Electrical)
        2.4.1 Mathematical Modeling (Electrical)
        2.4.2 Relation of I and τ
    2.5 5~(th) Order State Space Model
    2.6 Chapter Summary
Chapter 3 ANSYS Modeling & Motor Selection
    3.1 ANSYS Modeling
        3.1.1 Flexible Beam
        3.1.2 Geometry
        3.1.3 Beam Setup
        3.1.4 Material
        3.1.5 Mode Results
        3.1.6 Mathematical and ANSYS Validation
    3.2 Motor Selection
    3.3 Chapter Summary
Chapter 4 Control Design
    4.1 Recap
    4.2 Control of Flexible Manipulator
        4.2.1 Optimal Control
        4.2.2 Controllability
        4.2.3 Stability
    4.3 Controller Design Approach
        4.3.1 Linear Quadratic Regulator (LQR)
            4.3.1.1 Procedure of LQR
            4.3.1.2 Use of LQR
        4.3.2 Discrete Linear Quadratic Regulator (DLQR)
    4.4 Controller Simulink Model
        4.4.1 Control Simulation
        4.4.2 Simulink Model of LQR
        4.4.3 Base LQR Model
        4.4.4 Tuned LQR Model
            4.4.4.1 Procedure of Tuning LQR
        4.4.5 PID Controller
            4.4.5.1 P-Controller
            4.4.5.2 PI-Controller
            4.4.5.3 PID-Controller
        4.4.6 PID Controller Structure
        4.4.7 Tuning methods of PID Controller
        4.4.8 Trial and Error Method
    4.5 PID Simulink Model with Results
    4.6 Comparison between PID and LQR
    4.7 Chapter Summary
Conclusion
结论
Appendix MATLAB Code
References
Acknowledgement



本文编号：3318439