[发明专利]一种针对柔性机械臂的振动控制器

说明书

本发明公开了一种针对柔性机械臂的振动控制器，振动控制器包括控制信号发生模块、驱动模块、柔性机械臂、角度采集模块和位置采集模块，振动控制器中的控制信号发生模块采用未知参数自适应逼近器来逼近柔性机械臂中的未知动态，并采用干扰观测器逼近未知的外部扰动，最后使用边界控制器实现对柔性机械臂系统的控制。在柔性机械臂动态特性未知且受随机扰动的环境下，振动控制器可以抑制系统的机械振动，并控制柔性机械臂转动到期望的角度，实现良好的控制性能。本发明能够有效抑制机械臂的振动，使得柔性机械臂工作更加安全和稳定。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种针对柔性机械臂的振动控制器。

背景技术

柔性机械臂因其质量轻、柔韧性好、精度高、能耗低等优点广泛应用于工业生产、深海资源开发、太空探索等领域。柔性材料结构易于受到外界环境扰动的影响，导致系统产生机械振动，降低系统的工作精度及安全性能，给生产带来严重的经济损失。在针对柔性机械臂的研究工作中，由外界环境扰动引起系统结构振动的问题将是一个亟待解决的问题。

现有技术中，边界控制作为一种新兴的控制方法，通过采集柔性材料两端的状态信息，设计主动边界控制器，安装于柔性材料的端点，使得整段柔性材料的机械振动得到有效抑制。但是，在实际的工作环境中，柔性机械臂可能面临更为复杂的环境，例如系统参数和外界扰动未知等情况，使得柔性机械臂的应用具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供种一种针对柔性机械臂的振动控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：针对柔性机械臂的振动控制器，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。

进一步地，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；