基于切换函数的液压柔性机械臂的滑模控制与仿真

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1、2010年5月机床与液压May2010第38卷第9期MACHINETOOL&HYDRAULICSV01．38No．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．09．033基于切换函数的液压柔性机械臂的滑模控制与仿真赵波，王亚美，戴丽，刘杰(1．东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110004；2．辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳110122)摘要：设计切换函数的滑模控制器，基于柔性多体动力学理论和拉格朗日方程，建立三节臂的桥梁检测车臂架的机械系统动力学模型，对该系统进行控制，改善梁检测车的柔性机械臂动

2、力学特性。在此基础上，对桥梁检测车臂架采用双闭环控制，结果表明，对轻质长臂杆的桥梁检测车臂架末端轨迹振动有一定的抑制作用。关键词：柔性臂架；滑模控制；仿真中图分类号：U446．3文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)9—104—3slidingModeControlandSimulationofaHydraulicDrivenFlexibleManipulatorBasedonSwitchingFunctionZHAOBoI，，WANGYamei．DAIU。UUJie(1．SchoolofMechanicalEn

3、gineeringandAutomation，NortheasternUniversity，ShenyangLiaoning110004，China；2．LiaoningProvincialCollegeofCommunications，ShenyangLiaoning110122，China)Abstract：Slidingmodecontrollerofswitchingfunctionwasdesigned．Basedonflexiblemulti-bodydynamicstheoryandLagrange'sequati

4、on，themechanicalsystemdynamicsmodelofthethree·armbridgedetectedvehiclesboomWassetup．ItWascon-troledbyslidingmadecontroller．Thedynamicscharacteristicsofflexiblemanipulatorinthebridgedetectedvehicleswereimpmved．Onthisbasis，thedoubleclosedloopcontrolWasadoptedinthebridg

5、edetectedvehiclesboom．Theresultsshowthatthereisacertaininhibitoryefectonthevibrationoftheendtrackofthelightandlongbomofbridgedetectionvehicle．Keywords：FlexibleManipulator；SlidingModeControl；Simulation桥梁综合检测作业车(简称桥梁检测车)将探内运动可以看作是大范围刚体运动和小范围弹性变形测头一桥梁支座检测仪加装在桥梁检测车臂架末端，运

6、动叠加。借用机器人运动学和多柔体动力学研究中探伸到桥梁底端或侧面，采集桥梁表面数据后传输到的概念，设g为臂杆的广义力；F为液压缸的驱动计算机进行数据分析处理及图像识别，检测、诊断桥力，为广义力，并以驱动力矩的形式给出；0为刚性转梁病害。国内外在桥梁检测车刚性机械臂的多体系统角。取Z=[0g]T为广义坐标，0=[0，]T；研究方面已经有一些成果u，但是，随着桥梁大型q=[q1lql2q21q笠q31g32]；令Z=[z1乞化，桥梁检测车臂架的长臂采用轻质杆结构，使得驱g7。Z9]T。对各坐标解耦整理后，可动系统柔性臂之间的动力耦合

7、更为强烈，动力学模型得三节臂液压柔性臂架的柔性多体动力学方程为也更为复杂。因此，实现探测头平稳和高精度的轨迹『^口+^g+y∞+Dg0=F口跟踪，柔性变形对整个系统动态特性的影响不容忽，．、视。【^口+蜃r舯霉+^和+y卵口：Fq·作者针对桥梁检测车液压柔性机械臂系统的柔性式中：M为质量矩阵，和D分别为速度的二次项多体动力学方程，结合拉格朗日方程对臂杆的柔性系数矩阵和一次项系数矩阵，为广义坐标项系数矩和液压缸的柔性分别进行分析，用切换函数的滑模控阵。可以明显看出刚性运动和弹性运动同时出现且相制方法进行响应特性仿真，并通过双闭环反

8、馈进行末互耦合，这正是柔性多体动力学的基本特征。端轨迹控制并对其进行数值求解和仿真，为多连杆液2基于比例切换函数的滑模控制压柔性机械臂的控制研究打下基础。2．1控制器的设计方法【a1桥梁检测车柔性臂架的物理模型设位置状态方程为设桥梁检测车机械臂梁的长度远大于其横