（硕士学位论文）基于先进控制的柔性机械臂末端轨迹跟踪研究

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1、（硕士学位论文）基于先进控制的柔性机械臂末端轨迹跟踪研究浙江大学硕l：学位论文摘要柔性机械臂因其高速、轻质、高负载自重比的结构而在工业和航空航天领域得到越来越广泛的应用。但是，由于柔性机械臂在运动过程中因为材料柔性产生的振动使得其末端跟踪精度降低。为解决这一问题，本文主要研究了先进控制策略在柔性机械臂的末端轨迹跟踪问题中的应用，主要内容包括：1、对于柔性机械臂末端轨迹跟踪的相关问题作出综述，介绍了当今柔性机械臂的建模研究状况，分析了末端轨迹跟踪的研究背景及研究意义，详细讨论了现今末端轨迹跟踪领域存在的问题，并比较了

2、各种解决方法。2、研究了柔性机械臂动力学方程的建立过程。柔性臂是一个具有非线性、强耦合、时变特性的复杂系统。在Euler．Beflouli梁模型的基础上，利用假设模态法来表示柔性臂的柔性形变，并采用Lagrange公式建立了柔性臂的动力学方程，然后根据柔性臂的特点对方程进行了简化，并通过仿真研究了柔性臂的特性。3、研究了模型确定情况下的柔性机械臂末端轨迹跟踪控制方法。柔性臂所固有的内动态的不稳定性是实现其末端跟踪的首要难题。在输入．输入线性化基础上引入了最优控制理论构建状态反馈，并通过设计有限时域的最优线性二次型跟

3、踪器来平衡末端跟踪误差、柔性变量以及控制力矩大小三个优化指标，在保证内动态稳定的情况下，能获得较高精度的跟踪效果。仿真结果表明，当柔性臂的模型符合真实对象时能精确实现理想跟踪。4、研究了模型不确定情况下的柔性机械臂末端轨迹跟踪控制方法。柔性臂建模的不精确性是轨迹跟踪的又一难题。引入了预测控制的相关理论，在具备克服柔性臂内动态的不稳定性的性能基础上，采用了最优控制律求解和力矩求解相分离的策略来提高运算速度，同时进行误差补偿来改善模型误差对于末端轨迹跟踪精度影响的问题，为柔性臂末端轨迹跟踪的实时控制提供了可行方案。仿真

4、结果表明，所提出的预测控制算法在保证柔性臂内动态稳定的同时能有效解决模型失配引起的控制精度下降问题，并具有较快的运算速度。5、用SimMechanics对实际的柔性臂系统进行模拟，将本文提出的控制算法用于SimMechanics模型，以验证算法的有效性。最后总结了全文的主要工作，并对柔性臂末端轨迹跟踪的未来发展做了展望。关键词：柔性机械臂；末端轨迹跟踪；最优控制；预测控制浙江大学硕一L学位论文IIIAbstractFlexiblearemoreandmoreusedinandmanipulatorswidelyin

5、dustryspace，forratioloadtheirandoftoquick??speed，light-weighthighflexiblewillvibratemotiontoitsmanipulatorsduringowingflexibility，whichdecreasedtheofsolvethethisaccuracytiptrajectorytracking．Toproblem，inpaper，theofflexiblebasedonadvancedcontroltip’trajectorytr

6、ackingmanipulatorsisalgorithmsmainlystudied，including：1、Currentresearchoftheofflexibleprogresstiptrajectorytrackingmanipulatorsissummarized．Themethodsofofflexibleareintroduced，themodelingmanipulatorsandofisthebackgroundmeaningtiptrajectorytrackinganalyzed，ande

7、xistingaswellasoftheflexibleatestrategiesproblemstiptrajectorytrackingmanipulatorsdiscussedandcompared．2、Theofflexibleisstudied．Flexibledynamicmodelingmanipulatorsateofandmanipulatorscomplexsystemnon-linear,tight-couplingtime―varying．modelofEuler-Berloulimodes

8、methodsareusedtodescribeBasedonbeam，assumeddeflectionareintroducedtotheflexibleandLagrangeequationdevelopdynamicofflexiblesometothedynamicequationmanipulators．Aftersimplificationeq