[发明专利]一种基于协同跟踪的柔性机械臂的振动控制方法

说明书

本发明公开了一种基于协同跟踪的柔性机械臂的振动控制方法，该方法过程如下：根据动力学特征构建柔性机械臂的动力学模型；构建由多个柔性机械臂组成的柔性机械臂组，指定其中一个柔性机械臂作为领导者，其余作为跟随者，跟随者需跟踪领导者的运动轨迹以实现协同工作，结合李雅普诺夫方法，构造基于协同控制的边界控制器，实现柔性机械臂的协同工作，并抑制柔性机械臂的振动；利用李雅普诺夫直接法，构造Lyapunov函数，验证柔性机械臂在上述控制器作用下的稳定性。本发明所提出的基于协同跟踪的振动控制方法能够有效抑制柔性机械臂的振动，并且跟随者能够跟踪领导者的运动轨迹，实现多个柔性机械臂协同控制效果。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种基于协同跟踪的柔性机械臂的振动控制方法。

背景技术

柔性结构有着重量轻、能耗低等优点，因而被广泛地应用于机械臂、机械工程、航天器等工程领域。柔性机械臂在工业领域有着重要的应用，如机器人、机械工程、航空航天等。在柔性机械臂研究中，通常将欧拉-伯努利梁作为基础模型。由于外部扰动的作用产生的弹性形变，会导致柔性机械臂长时间持续的弹性振动，影响系统的正常工作。因此减少或消除柔性机械臂的弹性变形与振动，是一个需要解决的问题。柔性机械臂是典型的分布式参数系统，即模型参数与工作特性是时间与空间坐标的函数，所以在弹性振动中其动力学响应比较复杂。研究柔性机械臂的振动控制，能够使其在实际工程中获得较高的精度。

协同跟踪指的是多个目标同时跟踪指定目标的运动轨迹，达到协同的效果。在实际工业中，通常有多个柔性机械臂同时工作，如何从控制方面，使得多个柔性机械臂达到协同跟踪的效果，并且能够抑制振动，是一个亟待解决的问题。

目前对于柔性机械臂的振动控制研究大多是采用PID控制、鲁棒控制等方法，关于多个柔性机械臂组成的柔性机械臂组的基于协同跟踪的振动控制方法却鲜少报道。因而本发明的研究，将为柔性机械臂在机器人、机械工程等领域的协同跟踪及振动控制方面提供理论参考。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于协同跟踪的柔性机械臂的振动控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于协同跟踪的柔性机械臂的振动控制方法，所述的协同跟踪振动控制方法包括下列步骤：

根据柔性机械臂的动力学特征，构建柔性机械臂的动力学模型；

基于所述的柔性机械臂，构建柔性机械臂组，指定其中一个柔性机械臂作为领导者，其余作为跟随者，跟随者跟踪领导者的运动轨迹；

基于所述的柔性机械臂，构造基于协同跟踪的边界控制器；

基于所述的柔性机械臂和边界控制器，构建柔性机械臂的Lyapunov函数；

根据所述的Lyapunov函数，验证所述的柔性机械臂的稳定性。

进一步地，所述的动力学特征包括柔性机械臂的动能、势能以及非保守力对所述的柔性卫星系统所做的虚功，将动能、势能、虚功代入哈密顿原理，得到柔性机械臂的动力学模型方程为