变负载柔性机械臂预紧机构控制策略及实验优化

1

作者 李振霞 程方 《机械设计与制造》 2025年第9期193-196,共4页

为了解决实际施加工况下柔索驱动机械臂调节多根绳索载荷的情况具备较大偏差的问题,设计了一种可以适应变负载柔性机械臂调控性能的预紧系统,使总体成本明显减少,并保证连接效果的紧密性,可以有效适应多根柔索共同产生的载荷。有效载荷... 为了解决实际施加工况下柔索驱动机械臂调节多根绳索载荷的情况具备较大偏差的问题,设计了一种可以适应变负载柔性机械臂调控性能的预紧系统,使总体成本明显减少,并保证连接效果的紧密性,可以有效适应多根柔索共同产生的载荷。有效载荷试验表明,加入预紧结构时机械臂可以有效承受220g的载荷,没有加入预紧结构时则只能承受200g的载荷。由于绳索松弛时造成了明显抖动,在运动阶段产生了一定程度的不连贯现象。载荷可操作性试验表明,电机则在运动期间为末端位置偏差进行补偿来实现水平移动控制过程,主动补偿方式实现了机械臂运动状态灵活调控,使载荷操作性获得明显改善。该装置能够同时避免绳索松弛以及改善机械臂的运动轨迹,获得更优的综合控制性能。 展开更多

关键词 变负载柔性机械臂 预紧机构 机械臂控制 有效载荷

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含有柔性负载的电驱动系统建模与控制策略 被引量：1

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作者 李小彭 王浩哲 +1 位作者 尹猛 周赛男 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期346-353,371,共9页

为了抑制伺服电机启动和运行过程中产生的转速波动和振动,提出了一种基于极点配置的PI控制策略.首先,根据基尔霍夫电压定律和拉格朗日原理建立了伺服电机与柔性负载的整体动力学模型,并通过拉普拉斯变换计算系统的传递函数.其次,通过设... 为了抑制伺服电机启动和运行过程中产生的转速波动和振动,提出了一种基于极点配置的PI控制策略.首先,根据基尔霍夫电压定律和拉格朗日原理建立了伺服电机与柔性负载的整体动力学模型,并通过拉普拉斯变换计算系统的传递函数.其次,通过设计控制器的参数,分析了采用相同幅值的极点配置方法对控制效果的影响.最后,通过与传统的Z-N方法和无控制方法进行对比,验证了该极点配置方法的优势.通过数值仿真和实验研究,实现了对伺服电机启动和运行过程中产生的角度误差的控制,有效抑制了电机转速的波动,保证了系统的稳定性. 展开更多

关键词 伺服电机 柔性负载 极点配置 PI控制器 速度环

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永磁同步电机柔性负载谐振抑制滑模控制 被引量：3

3

作者 贾宁 赵凯辉 +1 位作者 吕玉映 李祥飞 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第6期115-121,共7页

针对永磁同步电机驱动柔性负载造成的机械谐振情况,通过负载转速反馈提出了一种复合滑模控制谐振抑制策略。首先,建立柔性负载系统的双惯量数学模型;其次,根据负载侧速度反馈,结合新型滑模趋近律,设计了一种滑模控制器来抑制谐振;同时,... 针对永磁同步电机驱动柔性负载造成的机械谐振情况,通过负载转速反馈提出了一种复合滑模控制谐振抑制策略。首先,建立柔性负载系统的双惯量数学模型;其次,根据负载侧速度反馈,结合新型滑模趋近律,设计了一种滑模控制器来抑制谐振;同时,设计滑模扰动观测器观测转速误差和系统的负载扰动,并将估计值反馈至滑模控制器进行补偿,提高速度的控制精度,减少了负载扰动对系统抖振的影响。研究结果表明,与PI控制、传统滑模控制对比,通过仿真和半实物实验验证所提出的滑模控制策略具有较强的谐振抑制效果。 展开更多

关键词 永磁同步电机 滑模控制 柔性负载 双惯量模型

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伺服系统柔性负载建模方法研究 被引量：18

4

作者 丁有爽 肖曦 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期818-827,共10页

柔性负载广泛存在于电气传动系统中。根据柔性的成因,伺服系统中柔性负载可以分为柔性关节、柔性连杆以及两者的组合形式等三类。针对这三类典型的柔性负载系统,首先引用已有的研究成果对其分别进行单独建模分析。在此基础上,提出了一... 柔性负载广泛存在于电气传动系统中。根据柔性的成因,伺服系统中柔性负载可以分为柔性关节、柔性连杆以及两者的组合形式等三类。针对这三类典型的柔性负载系统,首先引用已有的研究成果对其分别进行单独建模分析。在此基础上,提出了一种新型柔性负载描述方法。得到的柔性负载数学模型既可以描述柔性关节系统,又可以描述柔性连杆伺服系统。同时,该模型经过适当转换可以得到上述任意一种柔性负载系统。总结上述柔性负载的建模方法,得到新型柔性负载建模方法。通过有限元计算和谐振抑制实验验证了所提出柔性负载建模方法的准确性。 展开更多

关键词 伺服系统 柔性负载 建模 有限元仿真

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基于极点配置的永磁同步电机驱动柔性负载PI调节器参数确定方法 被引量：37

5

作者 丁有爽 肖曦 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期1225-1238,共14页

柔性负载广泛存在于电气传动系统中。根据柔性的成因,伺服系统中柔性负载主要分为柔性关节、柔性连杆两类系统。针对这两类典型的柔性负载系统,首先引用已有的研究成果对其建立了一致动力学模型。将PI调节器应用于系统控制中,分析了PI... 柔性负载广泛存在于电气传动系统中。根据柔性的成因,伺服系统中柔性负载主要分为柔性关节、柔性连杆两类系统。针对这两类典型的柔性负载系统,首先引用已有的研究成果对其建立了一致动力学模型。将PI调节器应用于系统控制中,分析了PI调节器参数与系统零极点的关系。针对PI调节器参数确定方法,提出了3种基于极点配置的参数确定方法。分析了这3种极点配置策略的应用范围、系统性能与参数关系、优势和劣势等。通过仿真和实验,验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 伺服系统 柔性负载 PI调节器 极点配置

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机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制 被引量：6

6

作者 唐志国 李元春 刘木林 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1394-1399,共6页

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振... 针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性. 展开更多

关键词 奇异摄动 反演控制 柔性负载 神经网络 机械臂

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永磁同步电机直接驱动柔性负载控制方法 被引量：12

7

作者 丁有爽 肖曦 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期123-132,共10页

针对太阳能帆板驱动系统中,由于步进电机的步进运动与帆板自身的柔性相互耦合而产生的谐振问题,提出使用永磁同步电机(PMSM)直接驱动柔性负载的方法。根据Lagrange原理,得到柔性负载动力学模型,并与PMSM数学模型结合,得到PMSM驱动柔性... 针对太阳能帆板驱动系统中,由于步进电机的步进运动与帆板自身的柔性相互耦合而产生的谐振问题,提出使用永磁同步电机(PMSM)直接驱动柔性负载的方法。根据Lagrange原理,得到柔性负载动力学模型,并与PMSM数学模型结合,得到PMSM驱动柔性负载系统的数学模型。采用双闭环矢量控制策略对PMSM驱动柔性负载系统进行控制,得到此时电流环及转速环开环传递函数。通过与传统PMSM驱动刚性负载系统对比,分析负载柔性对电流环和转速环控制特性的影响。在此基础上,分别使用极点配置方法和传统PI调节器参数确定方法,对控制器中PI调节器参数进行了整定。仿真和实验结果验证了上述分析及参数整定方法的有效性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 柔性负载 控制器设计 极点配置

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基于状态反馈和转矩补偿的永磁同步电机驱动柔性负载控制方法 被引量：6

8

作者 丁有爽 肖曦 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第13期3892-3900,共9页

柔性负载广泛存在于各类高性能驱动控制系统中。为了抑制由于负载柔性引起的谐振以及补偿负载转矩扰动对系统的影响,提出了一种基于状态反馈与转矩前馈控制器的柔性负载控制策略。未知状态和负载转矩采用卡尔曼滤波器进行估计。然后利... 柔性负载广泛存在于各类高性能驱动控制系统中。为了抑制由于负载柔性引起的谐振以及补偿负载转矩扰动对系统的影响,提出了一种基于状态反馈与转矩前馈控制器的柔性负载控制策略。未知状态和负载转矩采用卡尔曼滤波器进行估计。然后利用估计得到的谐振相关状态对系统谐振进行补偿,利用估计得到的负载转矩对负载转矩影响进行补偿。相对于传统状态反馈策略,所提出的柔性负载模型和控制器将柔性阻尼考虑在内,并且所提出的负载转矩前馈控制器可以补偿任意变化的负载转矩。在此基础上,利用极点配置策略对控制系统参数进行确定。仿真和实验验证了文中所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 柔性负载 卡尔曼滤波器 状态反馈 转矩补偿 柔性阻尼

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考虑负载变形的柔性机器人协调操作动力学 被引量：5

9

作者 刘迎春 余跃庆 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第14期1246-1250,共5页

从柔性机器人协调操作的本质特性出发 ,考虑负载柔性 ,巧妙采用机器人与负载的有限元模型 ,建立了柔性机器人协调操作系统的运动学协调约束条件 ,导出了其系统动力学方程 ,成功的给出了 2台 3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。

关键词 柔性机器人 协作操作 柔性负载 动力学

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柔性机器人协调操作柔性负载的动力学模型 被引量：3

10

作者 刘迎春 余跃庆 窦建武 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2002年第4期565-568,共4页

从柔性机器人协调操作的本质特性出发 ,巧妙采用机器人与负载的有限元模型 ,以主臂抓持梁为位形基准 ,首次建立了柔性机器人协调操作柔性负载系统的运动学协调约束条件 ,导出了其系统动力学方程 ,并成功的给出了两 3R柔性机器人协调操... 从柔性机器人协调操作的本质特性出发 ,巧妙采用机器人与负载的有限元模型 ,以主臂抓持梁为位形基准 ,首次建立了柔性机器人协调操作柔性负载系统的运动学协调约束条件 ,导出了其系统动力学方程 ,并成功的给出了两 3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。 展开更多

关键词 动力学模型 柔性机器人 协调操作 柔性负载

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步进电机驱动柔性负载的一种振动抑制控制策略 被引量：6

11

作者 原劲鹏 刘建功 杨雷 《空间控制技术与应用》 2008年第6期34-38,共5页

针对步进电机的输出力矩特征以及柔性负载的低频振动特性,提出一种抑制柔性负载振动的控制策略。推导了步进电机驱动柔性负载的动力学模型,分析了输入成形法抑制振动的原理并对其进行了扩展,由此产生的步进电机控制逻辑可以有效抑制柔... 针对步进电机的输出力矩特征以及柔性负载的低频振动特性,提出一种抑制柔性负载振动的控制策略。推导了步进电机驱动柔性负载的动力学模型,分析了输入成形法抑制振动的原理并对其进行了扩展,由此产生的步进电机控制逻辑可以有效抑制柔性负载的低频振动。以数据中继卫星的单址天线回扫模式进行了数学仿真,结果表明,提出的控制策略有效且对系统的参数摄动具有一定的鲁棒性。 展开更多

关键词 步进电机 柔性负载 步进逻辑 振动抑制

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机器人柔性负载残余振动抑制及测量方式研究 被引量：5

12

作者 张铁 李熙尧 邹焱飚 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第5期225-229,共5页

针对六自由度工业机器人挂载柔性负载时由于运动状态的突变及其内部零件的柔性引起的负载振动问题,设计了一种立足于输入整形的振动抑制方法。为了有效地抑制柔性负载的残余振动,对机器人柔性负载进行数学建模,设计了一种零振动一阶微... 针对六自由度工业机器人挂载柔性负载时由于运动状态的突变及其内部零件的柔性引起的负载振动问题,设计了一种立足于输入整形的振动抑制方法。为了有效地抑制柔性负载的残余振动,对机器人柔性负载进行数学建模,设计了一种零振动一阶微分输入整形器(ZVD),并针对现有的实验平台设计了一种立足于激光跟踪仪的振幅检测装置。实验结果表明:在机器人末端移动速度分别为45mm/s、55mm/s、75mm/s、85mm/s(随机取值)的情况下柔性负载残余振动抑制幅度均可达到90%以上,移动速度在85mm/s时,抑振程度最大,达到97.9%,说明该方法对柔性负载残余振动抑制效果十分明显。 展开更多

关键词 残余振动 输入整形 柔性负载 激光跟踪仪

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基于负载位置反馈的永磁同步电机驱动柔性负载谐振抑制方法 被引量：4

13

作者 丁有爽 肖曦 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期96-110,共15页

柔性负载广泛存在于电气传动系统中。根据柔性的成因,伺服系统中柔性负载主要分为柔性关节和柔性连杆两类系统。针对这两类典型的柔性负载系统,首先引用已有的研究成果对其建立了一致的动力学模型。然后将PI调节器应用于系统控制中,由... 柔性负载广泛存在于电气传动系统中。根据柔性的成因,伺服系统中柔性负载主要分为柔性关节和柔性连杆两类系统。针对这两类典型的柔性负载系统,首先引用已有的研究成果对其建立了一致的动力学模型。然后将PI调节器应用于系统控制中,由于自由度有限,谐振抑制效果并不理想。因而,控制系统中需要引入状态反馈。针对谐振抑制的需要,通过增加一个额外的位置传感器对末段位置进行测量,然后将其反馈至控制系统中。针对负载位置反馈策略,分析了其系统性能与参数关系,并采用三种策略对其进行了极点配置。仿真和实验验证了所提出的基于负载位置反馈及其参数整定方法的有效性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 柔性负载 负载位置反馈 极点配置

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一种机械臂协调操作柔性负载的振动控制研究 被引量：2

14

作者 张鹏 李元春 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2387-2391,共5页

基于柔性负载有限元模型,推导了负载振动的数学模型,分析了振动产生的原因。通过偏值点的引入设计任意阶数的EI成型器和多个波峰形式的Multi-EI成型器。利用成型器具有周期延伸特性抑制多模态柔性物体的振动,并把这一方法应用到机械臂... 基于柔性负载有限元模型,推导了负载振动的数学模型,分析了振动产生的原因。通过偏值点的引入设计任意阶数的EI成型器和多个波峰形式的Multi-EI成型器。利用成型器具有周期延伸特性抑制多模态柔性物体的振动,并把这一方法应用到机械臂协调操作柔性负载的振动控制中。对两个机械臂协调操作柔性负载进行了仿真,仿真结果证明了振动模型与成型器的有效性。 展开更多

关键词 协调操作 柔性负载 振动控制 输入成型 EI成型器

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模糊整定PI参数的双柔性机械臂振动抑制 被引量：1

15

作者 李小彭 周赛男 +1 位作者 刘佳琪 尹猛 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期217-225,共9页

机械臂伺服驱动系统中柔性因素的存在易导致机械臂输出转速波动,甚至引发系统谐振.为抑制系统转速波动,使机械臂传动系统性能稳定,使用模糊理论整定PI控制器参数的控制策略.根据假设模态法和拉格朗日动力学方程建立了考虑LuGre摩擦模型... 机械臂伺服驱动系统中柔性因素的存在易导致机械臂输出转速波动,甚至引发系统谐振.为抑制系统转速波动,使机械臂传动系统性能稳定,使用模糊理论整定PI控制器参数的控制策略.根据假设模态法和拉格朗日动力学方程建立了考虑LuGre摩擦模型的双柔性机械臂传动系统动力学方程,并分析了动力学方程中耦合非线性项对系统传动特性的影响.使用极点配置策略确定PI控制器参数的取值范围,后根据模糊规则实时调整控制器参数,以减小伺服系统输出转速的波动,进而抑制系统谐振.最后,借助数值仿真分析和机械臂控制实验,与传统PI控制策略对比,发现本文所述控制策略可使电机端转角跟踪误差绝对值的平均值降低43.066%,柔性负载转角误差的标准差降低46.506%,更加验证了所提模糊规则整定PI控制器参数抑振方法的有效性. 展开更多

关键词 双柔性机械臂 柔性关节 柔性负载 模糊整定 PI控制

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柔性机械臂运动速度的PI控制策略

16

作者 李小彭 陈国文 +1 位作者 尹猛 付嘉兴 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1409-1416,共8页

柔性机械臂和柔性负载会随着机械臂位姿的改变,导致转动惯量等具体参数发生改变,进而对伺服驱动系统的输出转速产生影响.采用相同阻尼系数的极点配置方法对驱动系统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制器参数进行调节,使PI控制... 柔性机械臂和柔性负载会随着机械臂位姿的改变,导致转动惯量等具体参数发生改变,进而对伺服驱动系统的输出转速产生影响.采用相同阻尼系数的极点配置方法对驱动系统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制器参数进行调节,使PI控制器随机械臂位姿改变自动调节参数,动态稳定电动机输出转速.根据拉格朗日原理和连续体振动理论建立数学模型,通过状态方程获得传递函数,采用相同阻尼系数极点配置方法调节PI控制器参数,应用到转速环控制中.分析阻尼系数与自然频率对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响.通过数值仿真证明,合理调节阻尼系数可以减小伺服驱动系统转速波动.通过与齐格勒-尼科尔斯法则自整定(Ziegler-Nichols self-tuning,Z-N)方法的对比,表明相同阻尼系数的极点配置方法使系统达到稳定的时间更短. 展开更多

关键词 柔性机械臂 柔性负载 PI控制器 相同阻尼系数极点配置法 伺服驱动系统

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基于电液式负载模拟器的谐振特性研究 被引量：2

17

作者 陈策 李长春 +2 位作者 延皓 张金英 母东杰 《液压与气动》 北大核心 2013年第10期85-90,共6页

为模拟运载火箭推力矢量伺服机构的工作状态,提出一种包含安装柔性和负载柔性的电液式综合负载模拟系统,能够同时模拟惯性、弹性、摩擦和常值四种负载。根据系统结构组成,建立系统的数学模型,并提出了一种简化系统闭环传递函数的方法,... 为模拟运载火箭推力矢量伺服机构的工作状态,提出一种包含安装柔性和负载柔性的电液式综合负载模拟系统,能够同时模拟惯性、弹性、摩擦和常值四种负载。根据系统结构组成,建立系统的数学模型,并提出了一种简化系统闭环传递函数的方法,从而得到系统谐振峰频率的理论计算公式。搭建仿真模型,对该系统进行仿真,仿真结果表明可以通过改变质量块2来调整第二谐振峰的频率和幅值,验证了理论计算结果的正确性,同时对各种情况下系统中的谐振峰形态进行了论述,为地面测试系统中谐振峰的调整提供了一定的理论依据和方法指导。 展开更多

关键词 谐振特性 安装柔性 负载柔性 负载模拟

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双柔性机械臂伺服系统PI控制策略 被引量：9

18

作者 李小彭 周赛男 +1 位作者 尹猛 樊星 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期642-650,659,共10页

柔性机械臂系统中的负载柔性、关节柔性会导致输出转速波动,故使用PI控制策略对伺服系统进行控制.根据连续体振动理论和拉格朗日方程建立同时考虑负载和关节两种柔性的动力学模型,并分析了两种柔性对系统传动特性的影响.使用Arnoldi方... 柔性机械臂系统中的负载柔性、关节柔性会导致输出转速波动,故使用PI控制策略对伺服系统进行控制.根据连续体振动理论和拉格朗日方程建立同时考虑负载和关节两种柔性的动力学模型,并分析了两种柔性对系统传动特性的影响.使用Arnoldi方法对传递函数进行降阶,并对降阶误差进行评价.采用极点配置方法设计控制器参数,讨论了极点阻尼系数、自然频率等对系统动态特性的影响.最后进行双柔性机械臂的仿真分析和转动控制实验,结果表明:适当调整控制器参数可以有效减弱柔性机械臂伺服传动系统末端的转速波动,进而抑制机械谐振现象,使系统趋于稳定. 展开更多

关键词 双柔性机械臂 伺服传动系统 关节柔性 负载柔性 极点配置

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卫星单轴太阳翼驱动系统建模与控制技术综述

19

作者 李朋 许瑞栋 +2 位作者 张家腾 高智刚 周军 《太阳能学报》 北大核心 2025年第6期142-151,共10页

针对目前卫星单轴太阳翼驱动系统面临的复杂问题,从系统建模、控制方法及地面验证等多角度全面梳理国内外的技术进展。首先分析太阳翼驱动系统的结构、原理和工作模式;进而针对其负载特性分别总结刚性和柔性太阳翼的动力学建模方法,并... 针对目前卫星单轴太阳翼驱动系统面临的复杂问题,从系统建模、控制方法及地面验证等多角度全面梳理国内外的技术进展。首先分析太阳翼驱动系统的结构、原理和工作模式;进而针对其负载特性分别总结刚性和柔性太阳翼的动力学建模方法,并针对非线性所带来的转速和角度控制难点探讨单一控制和复合控制策略,对各类算法作对比分析;然后介绍为提高地面试验验证的准确性所采用的微重力模拟和负载特性模拟方法。对未来航天器太阳翼驱动系统的研究动向进行总结与展望。 展开更多

关键词 太阳翼驱动系统 刚性负载 柔性负载 非线性建模 复合控制 地面验证

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电液伺服系统综合负载模拟器仿真与试验研究 被引量：7

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作者 延皓 李长春 陈策 《液压与气动》 北大核心 2013年第3期49-53,共5页

针对电液伺服系统中存在的柔性环节,提出了一种综合负载模拟器,在对伺服机构安装基础和负载的柔性特征进行模拟的基础上,进行惯性、弹性、摩擦和常值负载的加载。该系统采用机械机构来模拟柔性安装基础、柔性负载以及惯性和弹性负载,摩... 针对电液伺服系统中存在的柔性环节,提出了一种综合负载模拟器,在对伺服机构安装基础和负载的柔性特征进行模拟的基础上,进行惯性、弹性、摩擦和常值负载的加载。该系统采用机械机构来模拟柔性安装基础、柔性负载以及惯性和弹性负载,摩擦负载和常值负载则采用液压系统来实现。仿真和试验表明,伺服机构安装基础柔性在频域上将产生主谐振峰,负载柔性将产生附加的扰动谐振峰,而较轻的缸筒在高频段也将产生一个谐振峰。由于柔性结构的存在,采用液压系统进行加载时,可以把活塞杆的绝对速度用于多余力抑制。 展开更多

关键词 负载模拟 伺服机构 柔性负载 多余力

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