【摘 要】
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随着人工智能和材料科学技术的快速发展,以航空航天和智能制造为代表的工业领域广泛应用柔性材料,其中不乏柔性机械臂这类柔性结构,柔性结构在工业领域的广泛运用提高了工作效率和降低了使用成本。但是柔性结构因刚度低、结构阻尼小、低频模态密集,在受到外界激励时会产生长时间的颤振,容易因疲劳损伤等导致结构损坏,所以对这类柔性结构的振动控制至关重要。针对柔性结构的振动控制问题,本文以两关节柔性机械臂为研究对象,从
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随着人工智能和材料科学技术的快速发展,以航空航天和智能制造为代表的工业领域广泛应用柔性材料,其中不乏柔性机械臂这类柔性结构,柔性结构在工业领域的广泛运用提高了工作效率和降低了使用成本。但是柔性结构因刚度低、结构阻尼小、低频模态密集,在受到外界激励时会产生长时间的颤振,容易因疲劳损伤等导致结构损坏,所以对这类柔性结构的振动控制至关重要。针对柔性结构的振动控制问题,本文以两关节柔性机械臂为研究对象,从结构动力学建模、双目视觉振动非接触式测量和智能控制算法三个方面进行研究。首先,对于系统的建模问题,利用切线坐标法描述柔性机械臂的变形,根据假设模态法和拉格朗日方程推导出系统动力学模型,分析了结构振动特性,为后续振动主动控制提供了理论基础。然后,搭建了双目视觉的双关节柔性机械臂振动位移测量实验平台,对双目相机进行标定实验;编写了基于LabVIEW的双目视觉测量程序,进行了四组柔性机械臂振动位移测量实验,双目视觉测量结果与压电片测量结果进行比较,实验表明两种测量结果的平均差异率为5.99%,验证了双目视觉振动测量系统的可行性与准确性。最后,简述了 PID控制和差分进化算法的原理。设计了基于差分进化算法优化的PID控制器,以PID控制参数为种群个体,振动控制误差为适应度,对控制器参数进行了优化,并与Ziegler-Nichols曲线响应法整定PID控制参数作比较,控制仿真结果验证了算法的优越性。搭建了基于双目视觉的柔性机械臂振动控制实验平台,以双目视觉的振动位移测量结果作为控制器输入,控制输出通过数据输出卡输出,经过功率放大器放大作用于压电作动片,实现振动主动控制。实验结果表明柔性机械臂的一阶模态振动响应的衰减率平均为37.38%,具有良好的振动控制效果。图[41]表[9]参[85]
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