基于力矩输入整形补偿的工业机器人末端振动抑制

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作者 陈琳 凌善 +2 位作者 刘谦 张青 潘海鸿 《机床与液压》 北大核心 2025年第17期7-12,共6页

为解决六轴工业机器人关节柔性引起的末端振动问题,提出一种基于力矩输入整形补偿的抑制方法。建立柔性关节伺服控制模型,分析关节振动成因。基于此,在柔性关节前引入最优输入整形器,通过对电机输出力矩进行输入整形后提取波动力矩,并... 为解决六轴工业机器人关节柔性引起的末端振动问题,提出一种基于力矩输入整形补偿的抑制方法。建立柔性关节伺服控制模型,分析关节振动成因。基于此,在柔性关节前引入最优输入整形器,通过对电机输出力矩进行输入整形后提取波动力矩,并将其以力矩补偿的形式反馈至电流环前,以迅速平衡关节弹性力矩变化并滤除电机力矩在自然振动频率点附近的频率。在Simulink中搭建机器人关节2仿真模型,对比补偿前后位置、速度、加速度响应。最后,为验证所提方法在六轴机器人系统中的可行性,搭建工业机器人实验平台,对比力矩输入整形补偿前后位置跟踪误差。结果表明:机器人运动过程中,电机输出力矩未能及时平衡关节弹性力矩变化是导致关节振动的主要原因;采用力矩输入整形补偿方法后,振动幅度和持续时间明显下降,1.1 s后关节位置、速度和加速度振动信号几乎完全被滤除;使用该方法后,各关节位置跟踪误差均方根显著降低,关节1~6分别减少58.24%、58.79%、59.57%、54.37%、63.39%和59.8%,验证了力矩输入整形补偿方法在机器人振动抑制中的可行性和有效性。 展开更多

关键词 工业机器人 振动抑制 力矩输入整形补偿 柔性关节 最优输入整形器

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基于解析模态分析和输入整形的机器人末端振动实时抑制方法 被引量：1

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作者 何成刚 汪晓鑫 +3 位作者 李自立 高萌 刘吉华 邓文彬 《机电工程》 北大核心 2025年第2期327-338,共12页

六自由度工业机器人连续工作过程中,由于运动状态突变及关节柔性会引起机器人末端振动。针对这一问题,提出了一种基于解析模态分析(AMA)和输入整形的工业机器人末端振动实时抑振方法。首先,结合机器人控制方案,建立了考虑机器人关节柔... 六自由度工业机器人连续工作过程中,由于运动状态突变及关节柔性会引起机器人末端振动。针对这一问题,提出了一种基于解析模态分析(AMA)和输入整形的工业机器人末端振动实时抑振方法。首先,结合机器人控制方案,建立了考虑机器人关节柔性的闭环动力学方程,并采用泰勒级数展开法推导出了机器人的线性化模态参数解析表达式,有效解析了机器人在振动状态下的模态参数;然后,依据机器人末端残余振动特性,采用级联法设计了双模态零振动微分(ZVD-ZVD)输入整形器,并提出了一种结合AMA和输入整形器的时变双模态抑振方法;最后,在六自由度工业机器人实验平台上,对AMA方法计算所得的解析模态参数与机器人实测模态参数进行了对比分析,并进行了机器人的末端残余振动抑制实验。研究结果表明:所采用的AMA方法对固有频率的最大计算误差仅为5.18%,对阻尼比的最大计算误差为0.0122,证明了AMA方法在时变双模态输入整形抑振方案中的有效性;利用时变双模态输入整形抑振方法,将机器人的三处末端残余振动的最大振幅分别降低至整形前的17.3933%、11.6716%和12.1311%,同时减少了非时变输入整形抑振方案的过量延时(由不准确的模态参数而导致),在整体性能上优于传统的非时变双模态输入整形抑振方法。 展开更多

关键词 机械振动 机器人末端执行器 残余振动 解析模态分析 输入整形 时变双模态抑振方法 双模态零振动微分

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基于光滑整形器的水电定子测量臂残余振动抑制

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作者 梁杰 胡城君 +1 位作者 杨炯 高琳 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第6期112-117,134,共7页

水轮发电机定子圆度的测量主要依靠人工推动测量臂至多个待测点完成评价,该过程费时费力。为进一步提高测量效率,设计了一套定子圆度测量系统,用光滑整形器(SIS)对测量臂停止阶段的残余振动进行抑制。首先,利用仿真对SIS整形器和已有的... 水轮发电机定子圆度的测量主要依靠人工推动测量臂至多个待测点完成评价,该过程费时费力。为进一步提高测量效率,设计了一套定子圆度测量系统,用光滑整形器(SIS)对测量臂停止阶段的残余振动进行抑制。首先,利用仿真对SIS整形器和已有的零振动整形器(ZV)、零振动一阶微分整形器(ZVD)和极不敏感整形器(EI)在残余振动、时滞和灵敏度3个方面进行对比;其次,通过实验测试平台对上述整形器的效果进行测试;最后,在青海羊曲水电站进行了现场测试。结果表明:SIS鲁棒性最好,在系统参数不够精确时,对其抑振效果的影响最小;当系统阻尼比和固有频率不够准确时,SIS整形器仍能实现较好的抑振效果,对测量臂末端残余振动峰值抑制率为91.6%;具备SIS整形器的定子圆度测量系统在保证精度的同时,将定子圆度测量时的振动衰减时间减少了87.9%。 展开更多

关键词 输入整形 残余振动抑制 光滑整形器 大型测量臂

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基于输入整形算法的大型测量臂残余振动抑制研究

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作者 杨云峰 窦晓亮 +3 位作者 郝树涛 师永林 张端 薛宇良 《机电工程》 北大核心 2025年第10期1981-1989,共9页

采用大型测量臂进行定点测量时,由于自身阻尼和刚度较小,会导致其残余振动衰减缓慢,测量时间较长。针对这一问题,对大型测量臂残余振动的开环控制进行了研究,提出了采用输入整形技术对测量臂的残余振动进行抑制的策略。首先,对输入整形... 采用大型测量臂进行定点测量时,由于自身阻尼和刚度较小,会导致其残余振动衰减缓慢,测量时间较长。针对这一问题,对大型测量臂残余振动的开环控制进行了研究,提出了采用输入整形技术对测量臂的残余振动进行抑制的策略。首先,对输入整形原理、计算方法和输入整形器进行了阐述,推导出了脉冲系列中各脉冲的幅值和作用时间的约束方程,并给出了不同整形器抑制测量臂残余振动所需的脉冲序数和脉冲幅值及时间;然后,利用MATLAB对零振动整形器(ZV)、零振动一阶微分整形器(ZVD)和极不敏感整形器(EI)在残余振动、时滞和灵敏度三个方面进行了仿真,研究了测量臂的不同转速对不同整形器的时滞和余振的影响,并分析了不同整形器关于阻尼比和频率的灵敏度曲线;最后,搭建了测试平台,对三种整形器在不同转速下的抑振效果进行了测试,并采用仿真和实验相结合的方法,对比了不同输入整形器对大型测量臂的残余振动抑制效果。研究结果表明:当系统参数足够准确时,ZV整形器在半个振动周期后立刻消除残余振动,ZVD整形器和EI整形器都在一个振动周期后立刻消除残余振动;当系统阻尼比和固有频率不够准确时,ZVD整形器仍能实现较好的抑振效果,其在三种速度下对测量臂末端残余振动峰值抑制率分别为87.31%(1°/s)、42.26%(2°/s)和40.62%(3°/s)。基于输入整形技术的测量臂残余振动抑制策略可以满足大型测量臂残余振动抑制,提高了测量效率。 展开更多

关键词 输入整形技术 振动控制 测量效率 零振动(ZV)整形器 零振动一阶微分(ZVD)整形器 极不敏感(EI)整形器 MATLAB

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双输入整形器抑制两轴转动太阳翼调姿后的残余振动 被引量：4

5

作者 朱春艳 绍济明 唐国安 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2011年第6期1-4,9,共5页

在非惯性系下建立太阳电池翼的运动方程,完成双输入整形器的理论推导,解决两轴转动太阳电池翼调姿后的残余振动问题。双输入整形器根据太阳电池翼的结构固有振动特性,包括固有频率、阻尼比、质量阵和模态向量,针对每个转角输入设计基于... 在非惯性系下建立太阳电池翼的运动方程,完成双输入整形器的理论推导,解决两轴转动太阳电池翼调姿后的残余振动问题。双输入整形器根据太阳电池翼的结构固有振动特性,包括固有频率、阻尼比、质量阵和模态向量,针对每个转角输入设计基于连续传递函数的双输入整形器,用于抑制两轴转动太阳电池翼调姿后的残余振动。通过太阳电池翼弯曲-扭转两轴转动有限元模型动力学仿真,验证整形后的转角输入函数驱动太阳电池翼调姿能有效抑制残余振动,且在电池翼结构参数有所震荡的情况下具有较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 振动与波 太阳电池翼 输入整形器 姿态调整 残余振动

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考虑刀具振动的高速五轴联动铣削机床振动抑制研究 被引量：2

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作者 邓广 王宽田 梁世华 《机电工程》 北大核心 2025年第3期577-584,共8页

由于高速五轴联动铣削加工中刀具存在振动现象,从而会使刀具与工件之间的相对位置发生偏差。针对该问题,提出了一种考虑刀具振动的高速五轴联动铣削机床振动抑制方法,提高了铣削机床的加工质量。首先,设计了零振动微分(ZVD)输入整形器,... 由于高速五轴联动铣削加工中刀具存在振动现象,从而会使刀具与工件之间的相对位置发生偏差。针对该问题,提出了一种考虑刀具振动的高速五轴联动铣削机床振动抑制方法,提高了铣削机床的加工质量。首先,设计了零振动微分(ZVD)输入整形器,通过刀具轨迹整形优化了刀具的运动轨迹,减少了切削力波动和振动;然后,设计了一个五层结构的模糊神经网络控制器,利用模糊神经网络实时控制切削参数,以适应加工过程中的变化,保持加工过程的稳定性;最后,通过分析铣削力与未铣削切屑厚度之间的关系,实施了刀具振动抑制,降低了伺服进给系统的谐振,提高了振动抑制效率。研究结果表明:在应用该方法抑制刀具振动后,高速五轴联动铣削机床的刀具振动幅度由(-14.7,14.8)μm降低到(-5.8,7.8)μm;自动跟踪弧线形焊缝时,该方法抑制后的轨迹与实际轨迹几乎一致;薄壁件最大偏差仅为0.03 mm;断续切削加工中的偏差最大值仅为0.02 mm。该方法能够有效抑制刀具振动,解决了刀具振动产生的偏差问题,为机床准确进给奠定基础,具有工程实用性。 展开更多

关键词 机械振动 刀具振动 高速五轴联动铣削机床 零振动微分输入整形器 模糊神经网络 振动抑制

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抑制残留振动的三种整形器设计和鲁棒性分析

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作者 闫安志 徐晖 王国旗 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期446-448,共3页

提出用 z平面上极零相消概念设计整形器 ,可以避免求解复杂方程组。使用提出的方法对两模态柔性系统设计了三种整形器。振动抑制仿真显示 ,提出的方法对设计有强鲁棒性的 ZVD和

关键词 残留振动 整形器 设计 鲁棒性 极零相消 柔性系统 振动控制

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输入整形器在折叠式高空作业车防摆控制上的应用 被引量：3

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作者 经迎龙 熊静琪 王富亮 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2011年第2期38-42,共5页

为了减少折叠式高空作业车的作业平台的振动以及抑制其残留振荡,设计EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器。通过建立系统的数学模型,求出动态特性方程,计算出这三种输入整形器脉冲序列的幅值和时间。对比整形前后作业平台的摆角,表明EI整形器... 为了减少折叠式高空作业车的作业平台的振动以及抑制其残留振荡,设计EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器。通过建立系统的数学模型,求出动态特性方程,计算出这三种输入整形器脉冲序列的幅值和时间。对比整形前后作业平台的摆角,表明EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器都有效地减少系统的振动和抑制了残留振荡,EI整形器的效果最好。 展开更多

关键词 振动与波 折叠式高空作业车 动态特性 残留振荡 输入整形器

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基于离线学习输入整形的柔性关节机械臂振动控制研究 被引量：9

9

作者 贾鹏霄 周越 李鑫伟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第13期177-181,共5页

输入整形技术是抑制柔性关节机械臂残余振动的一种有效控制策略,然而传统的输入整形器,在设计时需要依赖系统精确的数学模型。针对这一问题,提出了一种新的两脉冲输入整形器参数学习策略;通过振动幅值测量,利用寻优方法(外推内插法和黄... 输入整形技术是抑制柔性关节机械臂残余振动的一种有效控制策略,然而传统的输入整形器,在设计时需要依赖系统精确的数学模型。针对这一问题,提出了一种新的两脉冲输入整形器参数学习策略;通过振动幅值测量,利用寻优方法(外推内插法和黄金分割法)离线调整整形器参数,不需要精确的数学模型即可找到使残余振动幅值最小的最优参数。为了验证所提方法的有效性,建立了柔性关节机械臂实验平台,进行了基于离线学习输入整形器的柔性关节机械臂振动控制实验。实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 输入整形器 柔性关节机械臂 残余振动 离线学习

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基于OAT输入整形器和能量控制的不确定柔性航天器姿态跟踪

10

作者 陈艳华 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期815-820,共6页

针对含模型不确定性的柔性航天器姿态跟踪和振动抑制问题,提出了一种将最优任意时延(OAT)输入整形器和能量控制相结合的控制方法.其中前馈控制是根据系统标称模型参数设计的OAT输入整形控制,将其与参考输入指令做卷积后作用到标称模型... 针对含模型不确定性的柔性航天器姿态跟踪和振动抑制问题,提出了一种将最优任意时延(OAT)输入整形器和能量控制相结合的控制方法.其中前馈控制是根据系统标称模型参数设计的OAT输入整形控制,将其与参考输入指令做卷积后作用到标称模型上能够实现期望的姿态跟踪,且当反馈控制环节出现故障时能保证受控系统的基本安全性.考虑到标称模型与实际系统间的误差,采用基于对象能量的跟踪控制方案设计了反馈控制器,并证明了与前馈控制结合后闭环系统的稳定性.仿真结果验证了所提出方法的优越性. 展开更多

关键词 OAT输入整形器 柔性航天器 姿态跟踪控制 基于能量的控制 振动抑制

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大跨度旋转夹具平台快速定位的振动抑制 被引量：1

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作者 潘海鸿 韦颖 +3 位作者 陈琳 陈博扬 丁可帅 冯喆 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2022年第10期141-143,149,共4页

针对使用典型输入整形器抑制大跨度旋转平台残余振动时产生时间滞后的问题,提出一种最优输入整形器与零延时输入整形相结合的方法。该方法使用比例系数对原始轨迹进行加速以缩短其运行时长,以此抵消输入整形造成的延时;其次,使用最优输... 针对使用典型输入整形器抑制大跨度旋转平台残余振动时产生时间滞后的问题,提出一种最优输入整形器与零延时输入整形相结合的方法。该方法使用比例系数对原始轨迹进行加速以缩短其运行时长,以此抵消输入整形造成的延时;其次,使用最优输入整形器对加速后的轨迹进行整形,以此抑制大跨度旋转夹具平台的残余振动;最后,搭建实验平台进行PTP运动实验,并与未整形轨迹、最优整形轨迹和零延时整形轨迹进行对比测试。结果显示,所提出方法的最大加速度比零延时整形轨迹减小23.9%且轨迹更为平滑;在整形前后运动轨迹总时长一致,且该方法的残余振动比未整形轨迹减小89.4%、稳定时间减少93.4%,表明该方法能够有效地抑制大跨度旋转夹具平台的残余振动并消除时间滞后。 展开更多

关键词 输入整形 振动抑制 零延时 最优控制

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计及刚柔耦合效应的回转吊装多体系统振动主动控制

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作者 颜世军 彭剑 +1 位作者 王世鸣 任中俊 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2455-2462,I0010,I0011,共10页

针对吊装多体系统,建立了考虑刚柔耦合效应的动力学模型,并提出了抑制系统振动的双模输入整形控制法。分别利用等效弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统模拟了吊臂弹性振动和吊物空间摆动,结合递推列式和浮动坐标系对各部件开展运动学描述;... 针对吊装多体系统,建立了考虑刚柔耦合效应的动力学模型,并提出了抑制系统振动的双模输入整形控制法。分别利用等效弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统模拟了吊臂弹性振动和吊物空间摆动,结合递推列式和浮动坐标系对各部件开展运动学描述;基于拉格朗日方程,推导并建立了计及多体吊装系统刚柔耦合效应的动力学模型。同时对某大型轮式起重机进行了动态响应分析,并与实测结果对比验证了模型有效性。根据耦合系统振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和负载摆动的双模零阶振(ZV2)输入整形器和双模零阶振微分(ZVD2)输入整形器。通过振动控制分析得到:对于大型柔性臂架系统,双模输入振型控制法的振动抑制效果相对于传统单模输入整形法得到了极大提升,ZVD2整形器作用下系统的残余振动幅值低于5%。 展开更多

关键词 吊装多体系统 刚柔耦合 振动控制 输入整形器

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柔性臂振动抑制的新型控制策略研究 被引量：3

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作者 邓辉 孙俊缔 曹广忠 《控制工程》 CSCD 北大核心 2017年第3期624-630,共7页

为了减小典型输入整形器引起的柔性臂振动抑制响应延迟时间,提出一种最优整形器结合模糊PID抑制柔性臂振动的新型控制策略。利用假设模态法和拉格朗日动力学方程,推导了柔性臂的动力学模型,采用模糊PID设计了柔性臂的角度控制器,基于最... 为了减小典型输入整形器引起的柔性臂振动抑制响应延迟时间,提出一种最优整形器结合模糊PID抑制柔性臂振动的新型控制策略。利用假设模态法和拉格朗日动力学方程,推导了柔性臂的动力学模型,采用模糊PID设计了柔性臂的角度控制器,基于最优输入整形器设计了前馈控制器,结合最优输入整形器与模糊PID构建了柔性臂伺服控制系统的MATLAB仿真模型,基于运动控制卡搭建了柔性臂振动抑制实验平台,进行了仿真与实验研究。结果表明,与采用典型输入整形器结合模糊PID的控制策略相比,提出的新型控制策略缩短了系统的响应延迟时间,且柔性臂振动位移大幅度减小。 展开更多

关键词 柔性臂 振动抑制 最优输入整形器 模糊PID 运动控制卡

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