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基于假设模态法柔性机械臂协调运动系统控制方法的研究

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基于假设模态法柔性机械臂协调运动系统控制方法的研究

作者：徐兆成吉林大学

学位级别：硕士

本文结合国家自然科学基金课题“受约束多连杆柔性机械臂协调运动系统分布参数模型与控制方法研究”进行工作。以水平面上操作刚性物体的两个柔性机械臂协调控制系统为研究对象,讨论了针对这种系统的协调控制。首先,基于拉格朗日乘子... 详细信息

本文结合国家自然科学基金课题“受约束多连杆柔性机械臂协调运动系统分布参数模型与控制方法研究”进行工作。以水平面上操作刚性物体的两个柔性机械臂协调控制系统为研究对象,讨论了针对这种系统的协调控制。首先,基于拉格朗日乘子法和假设模态法,建立了协调控制系统的动力学模型。然后,为了简化控制器设计,结合奇异摄动法把系统分解为表征约束刚体大幅整体运动的慢变子系统和表征小幅弹性振动的快变子系统。针对慢变子系统,设计了慢变子系统的鲁棒控制器,以保证系统的稳定性。针对快变子系统,设计了模糊控制器,以抑制弹性振动及模态截断引起的控制溢出和观测溢出。最后,通过仿真研究验证了所设计算法的有效性。

关键词：柔性机械臂动力学建模假设模态奇异摄动协调操作控制溢出观测溢出

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柔性臂动力学建模与规划角加速度抑振研究

机械设计与制造 2022年第6期376卷 249-253页

作者：殷玉枫武奎扬张锦太原科技大学机械工程学院山西太原030024 山西交通职业技术学院山西太原030031

以双连杆柔性臂为研究对象,利用Hamilton变分原理建立微分方程,采用假设模态法描述柔性臂的变形,进而对微分方程进行离散化处理,从而得到考虑动力刚化效应的柔性臂动力学模型。以抑制柔性臂振动为目的,将多项式插值与正弦-梯形基函数相... 详细信息

以双连杆柔性臂为研究对象,利用Hamilton变分原理建立微分方程,采用假设模态法描述柔性臂的变形,进而对微分方程进行离散化处理,从而得到考虑动力刚化效应的柔性臂动力学模型。以抑制柔性臂振动为目的,将多项式插值与正弦-梯形基函数相结合,构造出计算简便、平稳连续且收敛较快的叠加曲线作为新的角加速度规划曲线。利用关节变量与模态坐标的关系,将振动抑制问题转变为减小模态坐标响应问题。分别构造多项式插值规划函数和优化角加速度函数,对动力学模型进行数值仿真。仿真结果表明,角加速度经过规划后柔性臂的弹性振动大幅度减小,对于复杂多杆柔性臂系统抑振研究具有较大价值。

关键词：柔性臂动力刚化假设模态加速度规划弹性振动

空间RRRP机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性研究

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振动与冲击 2009年第7期28卷 169-174页

作者：王磊王三民牛治永西北工业大学机电学院西安710072

机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性分析是实现其运动精度控制的基础。针对某航天飞行器装载的RRRP型空间机械臂,采用模态组合函数描述各臂的弹性变形,将转动副角位移、移动幅线位移以及各臂的模态坐标作为广义自由度,利用Lagrange定理... 详细信息

机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性分析是实现其运动精度控制的基础。针对某航天飞行器装载的RRRP型空间机械臂,采用模态组合函数描述各臂的弹性变形,将转动副角位移、移动幅线位移以及各臂的模态坐标作为广义自由度,利用Lagrange定理建立了空间RRRP机械臂的非线性动力学方程,采用4-5阶变步长Runge-kutta法,对非线性微分方程组进行了数值求解。研究了机械臂刚柔耦合的非线性特性及结构参数变化对末端振动的影响,为进一步实现其结构优化和精度控制奠定基础。

关键词：空间柔性臂有限元假设模态拉格朗日方程动力学

机器人倾倒碰撞动力学建模与不同刚度下碰撞响应

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农业工程学报 2012年第7期28卷 51-56页

作者：王斌锐严冬明方水光金英连中国计量学院机电工程学院杭州310018 机器人学国家重点实验室沈阳110004

为了确定刚度对柔性臂倾倒碰撞力的影响,基于混合坐标法建立柔性臂运动学模型,利用假设模态法对柔性变形解耦,基于Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触碰撞力模型,利用Lagrange方程建立了含碰撞的动力学方程。编写了变步长变精度的四... 详细信息

为了确定刚度对柔性臂倾倒碰撞力的影响,基于混合坐标法建立柔性臂运动学模型,利用假设模态法对柔性变形解耦,基于Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触碰撞力模型,利用Lagrange方程建立了含碰撞的动力学方程。编写了变步长变精度的四阶Runge-Kutta数值求解算法。对不同刚度下柔性臂的碰撞响应进行仿真,得到了接触力、关节转角、角速度和弹性变形曲线。对比可得,随着抗弯刚度增大,接触力变大且峰值出现的相位提前,且碰撞后柔性臂关节转角变小,弹性变形和角速度的振动都减小;材质结构阻尼对弹性振动变形有明显的抑制。该文所建模型和求解方法有效。

关键词：机器人柔性结构动力学模型接触碰撞假设模态刚柔耦合刚度

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带太阳帆板航天器刚柔耦合动力学研究

航空学报 2006年第3期27卷 418-422页

作者：蒋建平李东旭国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

以带有太阳帆板的航天器为研究对象,计及太阳帆板变形位移场的非线性耦合项,采用假设模态离散变形,基于Kane方程建立起系统的刚柔耦合一次近似动力学模型。分别就大范围刚体运动已知和未知两种情况下进行了数值仿真。仿真结果说明,此模... 详细信息

以带有太阳帆板的航天器为研究对象,计及太阳帆板变形位移场的非线性耦合项,采用假设模态离散变形,基于Kane方程建立起系统的刚柔耦合一次近似动力学模型。分别就大范围刚体运动已知和未知两种情况下进行了数值仿真。仿真结果说明,此模型能准确的预示大范围运动下挠性航天器的动力学行为,而传统的零次近似动力学模型由于丢失了动力刚度项而会得到错误结论。

关键词：刚柔耦合动力刚化假设模态数值仿真 Kane方程

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大范围运动柔性梁的连续力法撞击动力学分析

南京理工大学学报 2008年第6期32卷 661-665页

作者：方建士李宝玉章定国南京工程学院材料工程学院江苏南京211167 南京理工大学理学院江苏南京210094

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建... 详细信息

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,导出柔性梁含碰撞的动力学方程。文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的柔性梁的动力学进行了探讨。

关键词：柔性梁子系统法假设模态接触-碰撞连续力法

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刚-柔耦合的对称天线结构非线性主共振

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第10期47卷 61-68页

作者：高秀敏金栋平胡海岩南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

本文研究了主共振激励下空间天线的非线性动态响应.考虑机械臂与天线的耦合,提出了一种由两级刚性臂与两根各向同性柔性梁组成的T-型梁式结构.采用Lagrange方程和假设模态方法,建立了T-型刚柔耦合天线面内四自由度非线性动力学方程.利... 详细信息

本文研究了主共振激励下空间天线的非线性动态响应.考虑机械臂与天线的耦合,提出了一种由两级刚性臂与两根各向同性柔性梁组成的T-型梁式结构.采用Lagrange方程和假设模态方法,建立了T-型刚柔耦合天线面内四自由度非线性动力学方程.利用多尺度法获得主共振三次近似解,得出系统主共振幅频响应解析方程.对系统幅频响应进行分析,结果表明主共振响应存在多解和非线性跳跃现象,激励对模态幅值及非线性特性具有显著影响.随着激励的增大,系统出现由刚度硬特性向软特性的转变;当激励超过临界值时,系统幅频响应表现出刚度渐软特性,共振频率随简谐激励幅值的增大而减小.

关键词：刚柔耦合天线结构非线性共振四自由度假设模态

基于时间有限元方法的旋转柔性叶片动力学响应分析

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应用数学和力学 2014年第4期35卷 353-363页

作者：王新栋邓子辰王艳冯国春西北工业大学工程力学系西安710072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

将时间有限元方法引入到柔性多体系统的数值计算中,研究了旋转柔性叶片系统的刚-柔耦合响应问题.首先,基于非线性梁理论,建立了旋转柔性叶片系统的中心刚体-柔性梁模型,构造柔性叶片系统考虑一次近似耦合的Lagrange函数;其次,采用假设... 详细信息

将时间有限元方法引入到柔性多体系统的数值计算中,研究了旋转柔性叶片系统的刚-柔耦合响应问题.首先,基于非线性梁理论,建立了旋转柔性叶片系统的中心刚体-柔性梁模型,构造柔性叶片系统考虑一次近似耦合的Lagrange函数;其次,采用假设模态方法对空间坐标进行离散,建立系统的时间有限元格式;最后,通过数值实验,分析了柔性叶片的动力学响应.该方法直接构造了系统的离散积分格式,并自动保证了该格式是保辛的,因而具有较高的数值精度和稳定性.数值结果表明:时间有限元可以有效地求解旋转柔性叶片系统内低频大范围运动与高频弹性振动之间的刚-柔耦合问题.

关键词：一次近似耦合假设模态时间有限元保辛

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可展天线臂与卫星间耦合振动特性研究

机械科学与技术 2009年第9期28卷 1208-1212页

作者：娄振王三民郭家舜西北工业大学机电学院西安710072

空间大型可展天线与卫星平台之间借助可展天线臂相连,故天线臂与卫星间的耦合振动特性直接影响天线的指向精度和工作稳定性。依据天线臂和卫星之间连接方式,采用假设模态法描述天线臂各连杆的弹性变形,将耦合振动位移、天线臂转动副角,... 详细信息

空间大型可展天线与卫星平台之间借助可展天线臂相连,故天线臂与卫星间的耦合振动特性直接影响天线的指向精度和工作稳定性。依据天线臂和卫星之间连接方式,采用假设模态法描述天线臂各连杆的弹性变形,将耦合振动位移、天线臂转动副角,以及天线臂的模态坐标作为系统广义自由度,利用非保守系统的Lagrange方程,建立了天线臂与卫星间的耦合振动微分方程,采用吉尔(Gear)法进行了数值求解。针对天线臂展开,天线展开,以及卫星调姿3种情况,计算了天线臂与卫星间的耦合振动的相应时间历程,并分析了天线臂与卫星的连接刚度、天线臂刚度等对耦合振动的影响规律,得出合理的结构参数可以有效抑制天线臂与卫星间的耦合振动峰值。

关键词：卫星天线臂耦合假设模态拉格朗日方程动力学