[发明专利]一种针对柔性机械臂的振动控制器

权利要求书

1.一种针对柔性机械臂的振动控制器，其特征在于，包括：

控制信号发生模块(1)、驱动模块(2)、柔性机械臂(3)、角度采集模块(4)和位置采集模块(5)；

其中，所述控制信号发生模块(1)包括：边界控制器(11)、干扰观测器(12)、未知参数自适应逼近器(13)和控制变量存储器(14)；

驱动模块(2)包括：驱动器(21)、电机(22)和传动装置(23)；

所述角度采集模块(4)和所述位置采集模块(5)的输出端与所述控制变量存储器(14)的输入端连接，所述控制变量存储器(14)的输出端与所述未知参数自适应逼近器(13)的输入端连接，所述未知参数自适应逼近器(13)的输出端和所述干扰观测器(12)的输出端都和所述边界控制器(11)的输入端连接连接，所述边界控制器(11)的输出端和所述驱动器(21)的输入端连接，所述驱动器(21)的输出端和所述电机(22)的输入端连接，所述电机(22)的输出端和所述传动装置(23)的输入端连接，所述传动装置(23)的输出端和所述柔性机械臂(3)连接；

其中，所述控制信号发生模块(1)用于接收由所述柔性机械臂(3)的期望角度和所述柔性机械臂(3)的实际角度形成的角度误差信号；

所述角度采集模块(4)采集到的角度信号和所述位置采集模块(5)采集到的位置信号经过所述控制变量存储器(14)传递到所述未知参数自适应逼近器(13)，在所述未知参数自适应逼近器(13)中运算所得到的系统参数估计值与在所述干扰观测器(12)中运算得到的干扰估计值传送到所述边界控制器(11)，由所述边界控制器(11)向所述驱动模块(2)发送控制信号，驱动所述柔性机械臂(3)在系统参数及外部扰动未知的情况下消除机械振动，并对期望的角度进行跟踪，实现控制所述柔性机械臂(3)的角度。

2.根据权利要求1所述的针对柔性机械臂的振动控制器，其特征在于，所述柔性机械臂(3)的系统参数包括所述柔性机械臂(3)的质量M，末端负载的转动惯量J，所述柔性机械臂(3)转动轮毂的转动惯量I_h，所述柔性机械臂(3)的抗弯刚度EI，所述柔性机械臂(3)的K值；

其中，K＝kGA，G是所述柔性机械臂(3)的剪切弹性模量，A是所述柔性机械臂(3)的横截面积，k是与机械臂横截面积相关的一个正常量；

所述柔性机械臂(3)受到的外部干扰包括末端负载受到的未知时变边界扰动d₁(t)，末端负载受到的未知时变的边界转动扰动d₂(t)，所述柔性机械臂(3)转动轮毂受到的未知时变的边界转动扰动d₃(t)。

3.根据权利要求1所述的针对柔性机械臂的振动控制器,其特征在于，根据柔性机械臂系统的动力学特征构建系统数学模型，其根据所述系统数学模型构建所述边界控制器(11)和所述干扰观测器(12)，同时设计自适应律逼近所述柔性机械臂系统未知参数；

获取所述柔性机械臂(3)的位置和角度参数，并结合所述边界控制器(11)和所述干扰观测器(12)的数学表达式，得到所述柔性机械臂(3)系统的边界控制器作用和干扰观测器作用。

4.根据权利要求3所述的针对柔性机械臂的振动控制器,其特征在于，所述位置采集模块(5)使用激光位移传感器测量所述柔性机械臂(3)的振动偏移量ω(l,t)，其中，l为所述柔性机械臂(3)的长度，所述角度采集模块(4)使用倾角计测量所述柔性机械臂(3)的角度θ(t)、横向扭转形变φ(z,t)和振动偏移量对位移的一阶导数ω′(l,t)，在获取的测量值基础上，系统参数可通过使用反向差分算法计算获得。

5.根据权利要求3所述的针对柔性机械臂的振动控制器,其特征在于，所述柔性机械臂系统数学模型包括所述柔性机械臂(3)的主控方程和所述柔性机械臂(3)的末端负载的运动方程；

根据所述柔性机械臂(3)的动力学特征，结合哈密顿原理：

得到所述柔性机械臂系统的数学模型如下：

所述主控方程为：

所述末端负载的运动方程为：

ω(0,t)＝φ(0,t)＝0