[发明专利]浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统及其振动控制方法

说明书

公开了一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统及其振动控制方法，浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统包括浮动柔性机械臂(2)和分布在所述浮动柔性机械臂(2)上的主动控制装置(8)，主动控制装置(8)包括用于测量浮动基础(16)的基础振动的基础加速度计(6)、用于测量设在所述柔性结构最末端柔性机械臂的末端振动的末端加速度计(5)、设在每个关节(19)上的关节控制装置(1)和用于数据交互且发送参考信号到每个关节控制装置(1)的上位机(20)，每个关节控制装置分布独立进行控制，并通过数据总线共享数据。浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统及其振动控制方法具有效率高、自适应、容错性强的优点。

技术领域

本发明涉及一种振动主动控制技术领域，特别是一种用于浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统及其振动控制方法。

背景技术

大型柔性结构是一种表现为高耸、大跨度、长悬臂等形式的工程结构，如机械臂、太阳能帆板、卫星天线、大跨度桥梁、大型塔架等，它具有刚度小、变形大、非线性强、模态密集等特点。大型柔性结构的几何变形以及振动无法忽略，将严重影响其工作姿态、位置、形状等的精度。

空间(太空)机械臂属于浮动柔性机械臂，是一种典型的空间柔性结构。通过航天飞机和国际空间站的实际使用，空间机械臂显示出强大的应用能力和广阔的应用前景，对空间科学和应用的发展起到了很大的带动作用。它对于保证空间活动安全、提高工作效率、扩大空间站范围等方面有巨大的作用，空间浮动机械臂由于需要考虑发射成本，都利用柔性机械臂是替代笨重刚性机械臂。因此，与传统的工业机器人相比，空间机器人具备质量轻、悬臂长、速度快、基础自由浮动等特点。随之引起的振动和形变问题将严重影响其工作性能。

主动控制是一种利用主动执行器来抵抗或抑制结构变形与振动的技术，是一种保证大型柔性结构正常高效工作的重要手段。主动振动控制技术与传统被动控制方法相比，具有低频性能好、附加质量小、方便灵活等优点，是传统振动与噪声控制方法的不可或缺的有利补充。大型柔性结构主动控制的传感器和执行器数量多、分布广，利用统一控制器集中控制的系统负担大。而且，由于被控结构柔性大、非线性强，模型估计困难，集中式控制无法设计准确高效的控制器。此外，集中式控制系统一旦发生故障，整个控制系统将面临瘫痪。因此，需要寻求一种效率高、容错性强的分布式振动控制系统与振动控制方法。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有浮动柔性机械臂振动控制中存在的问题，特别是集中式振动控制系统计算负担大、容错性差等问题，本发明提供一种用于浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统及振动控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一个方面，一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统包括浮动柔性机械臂和分布在所述浮动柔性机械臂上的主动控制装置，浮动柔性机械臂包括浮动基础和设在所述浮动基础上的柔性结构，浮动基础包括弹性元件和阻尼器，所述柔性结构包括多个柔性机械臂以及设在两个所述柔性机械臂之间的关节，主动控制装置包括用于测量浮动基础的基础振动的基础加速度计、用于测量设在所述柔性结构最末端柔性机械臂的末端振动的末端加速度计、用于连接所述基础加速度计和末端加速度计并将它们的信号转换成为电压信号的IEPE调理器、设在每个关节上的关节控制装置和用于数据交互且发送参考信号到每个关节控制装置的上位机，所述关节控制装置包括，

压电片，用于检测柔性机械臂变形量的压电片夹持在所述柔性机械臂上。

作动器，作动器用于控制柔性机械臂杆的变形。

角度编码器，用于测量柔性机械臂角度和低频角振动。

力矩电机，用于控制柔性机械臂的角度和低频角振动。

驱动器，连接力矩电机和作动器以驱动力矩电机和作动器产生力矩和作动力。