| 【中文题名】 | 柔性机械臂的主动控制与实验研究 |
| 【英文题名】 | Active Control and Experiment Study of Flexible Manipulator |
| 【学科专业】 | 一般力学与力学基础 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-9-14 |
| 【中关键词】 | 柔性机械臂,动力特性,位置主动控制,压电作动器,实验, |
| 【英关键词】 | Flexible manipulator,Dynamic characteristics,Active position control,Piezoelectric actuator,Experiment, |
| 【分类导航】 | 工业技术>机械、仪表工业>机械制造工艺>柔性制造系统及柔性制造单元>> |
| 【论文摘要】 |
随着科技的发展,轻质和柔性构件在工程中的应用越来越多;另外机构运行速度加快,运行精度的要求越来越高;由此构成所谓的柔性多体动力学系统或刚柔耦合动力学系统,柔性机械臂是这类系统的典型代表之一。这类系统的特征是系统既有大范围的刚体运动,又同时存在柔性构件的小变形弹性振动,这两种运动相互耦合和相互影响。因为柔性多体系统在航空航天、机器人等许多高科技领域有着强烈的工程应用背景,因此对其动力学建模与主动控制的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
压电材料由于具有良好的机电耦合特性,既可以作为传感器,也可以作为作动器,在结构振动主动控制领域得到了广泛应用。压电作动器通过粘贴或填埋方式与结构结为一体,因此非常适用于存在大范围运动的柔性构件的振动抑制。
本文充分借鉴当前柔性多体系统动力学和结构振动主动控制领域的研究成果,对柔性机械臂的动力特性和压电主动控制进行探索与实践,并且开展实验研究。本文的研究得到国家自然科学基金(编号:10472065)、教育部重点项目(编号:107043)和上海市“曙光计划”项目(编号:04SG16)的资助,主要研究内容和成果总结如下:
(1)在阅读大量文献的基础... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
2-4 |
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ABSTRACT |
4-10 |
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第一章 绪论 |
10-21 |
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1.1 研究目的与意义 |
10-11 |
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1.2 柔性机械臂建模理论的进展情况 |
11-14 |
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1.2.1 建模理论 |
11-13 |
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1.2.2 离散化方法 |
13-14 |
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1.3 柔性机械臂的控制研究进展情况 |
14-19 |
|
1.3.1 被动控制 |
14-15 |
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1.3.2 主动控制 |
15-19 |
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1.4 本文内容 |
19-21 |
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第二章 考虑附加质量影响的柔性机械臂的频率特性研究 |
21-37 |
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2.1 引言 |
21 |
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2.2 动力学模型 |
21-28 |
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2.2.1 机械臂的动力学方程 |
22-25 |
|
2.2.2 机械臂关节对动力学方程的贡献 |
25 |
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2.2.3 附加质量对动力学方程的贡献 |
25-26 |
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2.2.4 阻尼因素的影响 |
26-27 |
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2.2.5 柔性机械臂系统总的动力学方程 |
27-28 |
|
2.3 仿真算例 |
28-36 |
|
2.3.1 非惯性系下的系统动力学特性仿真 |
28-31 |
|
2.3.2 刚柔耦合问题的动力学特性仿真 |
31-36 |
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2.4 本章小结 |
36-37 |
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第三章 柔性机械臂中压电材料的质量效应和刚度效应 |
37-51 |
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3.1 引言 |
37 |
|
3.2 压电效应及压电方程 |
37-41 |
|
3.2.1 压电陶瓷的压电效应 |
37-39 |
|
3.2.2 压电方程及压电常数 |
39-41 |
|
3.3 考虑压电作动器的机械臂建模 |
41-45 |
|
3.3.1 简单模型 |
41-42 |
|
3.3.2 考虑压电附加刚度和质量的模型 |
42-45 |
|
3.4 动力学仿真 |
45-50 |
|
3.4.1 非惯性系下的系统动力学特性仿真 |
45-49 |
|
3.4.2 刚柔耦合问题的动力学特性仿真 |
49-50 |
|
3.5 本章小结 |
50-51 |
|
第四章 柔性机械臂的线性化主动控制和非线性主动控制研究 |
51-62 |
|
4.1 引言 |
51-52 |
|
4.2 动力学方程 |
52-54 |
|
4.3 线性化控制设计 |
54-55 |
|
4.4 非线性控制设计 |
55-56 |
|
4.5 控制仿真 |
56-61 |
|
4.6 本章小结 |
61-62 |
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第五章 柔性机械臂的主动控制实验研究 |
62-93 |
|
5.1 引言 |
62-63 |
|
5.2 实验仪器与设备 |
63-67 |
|
5.3 实验平台 |
67-86 |
|
5.3.1 系统整体框图 |
67-68 |
|
5.3.2 硬件部分 |
68-75 |
|
5.3.2.1 限幅电路 |
69-71 |
|
5.3.2.2 信号抬升电路 |
71-72 |
|
5.3.2.3 差分接收电路 |
72-75 |
|
5.3.3 软件部分 |
75-86 |
|
5.3.3.1 DSP 各模块介绍 |
75-83 |
|
5.3.3.2 数值微分 |
83-84 |
|
5.3.3.3 PC 部分软件实现 |
84-86 |
|
5.4 实验结果 |
86-92 |
|
5.4.1 摩擦补偿 |
87 |
|
5.4.2 线性化控制 |
87-90 |
|
5.4.3 非线性化控制 |
90-92 |
|
5.5 本章小结 |
92-93 |
|
第六章 总结与展望 |
93-96 |
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6.1 全文总结 |
93-94 |
|
6.2 主要创新点 |
94 |
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6.3 研究展望 |
94-96 |
|
参考文献 |
96-103 |
|
致谢 |
103-104 |
|
攻读学位期间发表的学术论文 |
104-106 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.385025 |
