[發(fā)明專利]一種基于軌跡規(guī)劃的變剛度柔性臂抑振控制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110846929.6 | 申請日： | 2021-07-27 |
| 公開（公告）號： | CN113635300B | 公開（公告）日： | 2023-09-01 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 程強(qiáng);徐文祥;郝小龍;黃河;劉志峰;楊聰彬 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | B25J9/16 | 分類號： | B25J9/16 |
| 代理公司： | 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203 | 代理人： | 沈波 |
| 地址： | 100124 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 軌跡 規(guī)劃 剛度 柔性 臂抑振 控制 方法 | ||
1.一種基于軌跡規(guī)劃的變剛度柔性臂的抑振控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟一，對變剛度柔性臂系統(tǒng)的總動能、變剛度柔性臂的勢能以及系統(tǒng)的非保守力做功進(jìn)行分析，變剛度柔性臂系統(tǒng)的邊界條件表示為：
步驟二，根據(jù)無外界擾動的解析模型，所述變剛度柔性臂的分布式系統(tǒng)方程表示為：
步驟三，建立分布式控制u(t)以確保系統(tǒng)狀態(tài)y(x,t)在不違反期望約束的情況下跟蹤參考軌跡，變剛度柔性臂的邊界平衡方程表示為：
u(t)＝Ihθ”(t)-ELIyxx(0,t)-TLy(L,t)
步驟四，在機(jī)械臂末端施加非線性邊界輸入，在機(jī)械臂末端進(jìn)行控制，調(diào)整機(jī)械臂的振動，使系統(tǒng)趨于較快穩(wěn)定；基于步驟三的邊界平衡方程，并根據(jù)步驟一中的邊界條件，計(jì)算非線性邊界輸入F(x,t)得到：
F(x,t)＝mz”(L,t)+TLyx(L,t)-ELI(L)yxxx(L,t)
步驟五，當(dāng)機(jī)械臂的動能、勢能和質(zhì)量的動能最小時(shí)，機(jī)械臂的彈性變形y(x,t)最??；通過考慮跟蹤誤差和跟蹤誤差變化率，構(gòu)造Lyapunov函數(shù)為
V(t)＝V1(t)+V2(t)+V3(t)
其中
步驟六，在沒有外部干擾的情況下，控制器u(t)旨在抑制振動并跟蹤軌跡；結(jié)合步驟二的變剛度柔性臂的分布式系統(tǒng)方程、步驟一的邊界條件和步驟五的Lyapunov函數(shù)，通過計(jì)算和推導(dǎo)，將變剛度柔性臂系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)為
u(t)＝-k1(θ(t)-θd(t))-k2(θ'(t)-θ'd(t))-k3y(L,t)
步驟七，通過設(shè)計(jì)并比較不同運(yùn)動軌跡下變剛度柔性臂的振動情況，選出促使變剛度柔性臂振動最小的參考運(yùn)動軌跡；
步驟八，以最小振動位移、最小能量消耗和最小軌跡跟蹤偏差為目標(biāo)，基于差分進(jìn)化算法對變剛度柔性臂的參考運(yùn)動軌跡進(jìn)行優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軌跡規(guī)劃的變剛度柔性臂抑振控制方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)該方法的變剛度柔性臂系統(tǒng)包括：關(guān)節(jié)驅(qū)動器、關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、關(guān)節(jié)、變剛度柔性臂本體及末端負(fù)載；關(guān)節(jié)驅(qū)動器由關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，關(guān)節(jié)驅(qū)動器通過關(guān)節(jié)與變剛度柔性臂本體連接，變剛度柔性臂本體上設(shè)有末端負(fù)載，變剛度柔性臂采用變彎曲剛度設(shè)計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軌跡規(guī)劃的變剛度柔性臂的抑振控制方法，其特征在于，所述的變剛度柔性臂的動力學(xué)模型包括：變剛度柔性臂的分布式系統(tǒng)方程、變剛度柔性臂的邊界平衡方程、非線性邊界輸入及關(guān)節(jié)角的輸出方程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于軌跡規(guī)劃的變剛度柔性臂的抑振控制方法，其特征在于，關(guān)節(jié)角輸出方程θ(t)遵循所設(shè)計(jì)的運(yùn)動軌跡，并達(dá)到期望角度θd。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于軌跡規(guī)劃的變剛度柔性臂的抑振控制方法，其特征在于，所設(shè)計(jì)的運(yùn)動軌跡為擺線軌跡、五次多項(xiàng)式軌跡或指數(shù)軌跡，并從中選出參考運(yùn)動軌跡，并以最小振動位移、最小能量消耗和最小軌跡跟蹤偏差為目標(biāo)，采用差分進(jìn)化算法對變剛度柔性臂參考運(yùn)動軌跡進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)運(yùn)動軌跡。
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