柔性機(jī)械臂具有質(zhì)量輕、負(fù)載大、速度快、能耗低、發(fā)射成本低等點(diǎn)，在自動(dòng)化設(shè)備的工業(yè)場(chǎng)合和空間機(jī)器人中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于柔性機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生扭曲、剪切等彈性變形，引起機(jī)器人末端的彈性變形誤差，從而影響機(jī)器人的工作精度。柔性機(jī)械臂的模態(tài)阻尼很小，在運(yùn)動(dòng)時(shí)或定位時(shí)容易產(chǎn)生彈性振動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，高頻小幅值振動(dòng)可以較快速的衰減，但是其低頻大幅值振動(dòng)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間，這不僅影響了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，因此需要對(duì)其采用主動(dòng)控制，抑制振動(dòng)。
　　
　　針對(duì)柔性機(jī)械臂的振動(dòng)問(wèn)題，一種基于FESTO氣缸驅(qū)動(dòng)和壓電片驅(qū)動(dòng)器同時(shí)作用的振動(dòng)控制方案。采用脈沖碼調(diào)制方法(PulseCodeModulation，PCM)構(gòu)建氣動(dòng)回路控制無(wú)桿氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行氣缸基座定位和柔性臂振動(dòng)控制，同時(shí)利用壓電片驅(qū)動(dòng)器對(duì)柔性臂振動(dòng)進(jìn)行抑制。活塞的位移由直線光柵尺傳感器測(cè)量，柔性臂的振動(dòng)由表面粘貼的壓電陶瓷片作為傳感器進(jìn)行測(cè)量。完成了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、算法仿真和試驗(yàn)研究。
　　
　　先，提出了FESTO氣缸驅(qū)動(dòng)和壓電片驅(qū)動(dòng)器同時(shí)作用的振動(dòng)控制方案，包括基于氣動(dòng)PCM控制方式的氣動(dòng)回路和信號(hào)采集電路以及控制系統(tǒng)。分別采用Hamilton原理和Lagrange原理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模，并給出其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空間方程及離散化形式，為系統(tǒng)特性分析、控制算法仿真以及控制器設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。其次，進(jìn)行模糊自適應(yīng)控制算法數(shù)學(xué)仿真研究。設(shè)計(jì)了PD控制算法、模糊控制算法、變論域模糊控制算法和直接自適應(yīng)模糊控制算法，并進(jìn)行了閉環(huán)穩(wěn)定性分析。并分別進(jìn)行了氣動(dòng)定位和振動(dòng)控制仿真研究，為控制實(shí)驗(yàn)提供參考。zui后，為了驗(yàn)證氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)控制方案和控制算法的可行性，建立了基于無(wú)桿氣缸驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)器復(fù)合控制柔性機(jī)械臂振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。完成了系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣控制部分硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要包括：光柵尺信號(hào)四倍頻、辨向、脈沖計(jì)數(shù)電路、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集電路、D/A轉(zhuǎn)換和信號(hào)調(diào)理電路及其驅(qū)動(dòng)程序和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。并進(jìn)行了基于FESTO氣缸驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)器復(fù)合控制的實(shí)驗(yàn)比較研究。理論分析、仿真和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，提出的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制方案及采用的算法可快速抑制柔性臂的振動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣缸基座的定位，證明了所提出的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制方案的可行性和所采用的控制策略的有效性。