智能柔性机械臂的在线去伪多模型自适应振动主动控制

Taking active vibration control of space robot and high precision manipulator as research background, and multiple degree of freedom flexible manipulator with a variety of load conditions as the controlled plant, this proposal research will develop a new online unfalsified multiple model adaptive control strategy for active vibration control of smart flexible manipulator using distributed piezoelectric sensors and actuators. The research will focus the following issues and topics: modeling and simulation methods and techniques for smart piezoelectric flexible manipulator, online unfalsified multiple model adaptive control strategy and technique, etc. A simulation benchmark platform and a real time experimental benchmark platform will be established to explore the following key theories and technologies: multiple model set construction, multiple controller set construction, adaptive windowed cost function construction, stability analysis and convergence analysis for the switching system and the whole closed-loop system. By combining theory research and experimental research, theoretical breakthrough and engineering realization can be expected. Active vibration control for smart flexible manipulator is an important direction and a difficult subject in the field of robotics. The proposal research has important scientific significance for China's space industry and high precision mechanical engineering.

基于空间机器人和高精密机械臂振动主动控制研究背景，以多负载多自由度柔性机械臂为研究对象，采用分布式压电传感器与作动器构建压电智能柔性机械臂，探索基于智能结构内涵的在线去伪多模型自适应振动主动控制方法与实现技术。研究重点包括：压电智能柔性机械臂的建模与仿真方法和技术、在线去伪多模型自适应振动主动控制方法与技术等关键内容；构建压电智能柔性机械臂的仿真与实验Benchmark平台，探索多模型集构建、多控制器集构建、自适应窗口代价函数构建，切换系统与闭环系统的稳定性与收敛性分析等关键理论方法与技术，使理论方法研究和实验分析验证相结合，探求相关技术的理论突破和工程实现可能。柔性机械臂的振动控制问题，是机器人技术的一个重要方向和难点课题，基于智能结构内涵，探索面向多负载多自由度柔性机械臂振动主动控制实际需求的控制器设计方法与实施技术，对我国航天事业和高精密机械工程发展具有重要的科学意义。

本研究以空间机器人和高精密机械臂的振动主动控制为研究背景，以变负载柔性机械臂为具体研究对象，采用分布式压电纤维传感器与压电纤维作动器构建了压电智能柔性机械臂仿真与实验系统。完成的主要研究内容包括三个方面：(1)、智能柔性机械臂的建模和仿真方法与技术，(2)、在线去伪多模型自适应控制方法与技术，(3)、实验平台构建与实时控制实验验证的关键方法与技术。在深入研究去伪控制方法、在线系统辨识方法、多模型自适应控制方法的基础上，构建了一种新型的自适应切换控制方法。建立了基于多体动力学仿真软件ADAMS与控制系统分析软件MATLAB SIMULINK的压电柔性机械臂Benchmark仿真平台。在理论研究与仿真分析的基础上，基于分布式压电纤维传感器和压电纤维作动器构建了末端负载可变的压电智能悬臂梁系统，用来模拟实际工况中的变负载柔性机械臂。通过研制相应的测控系统软硬件，完成了实时实验验证Benchmark平台的构建，通过实验验证了相关方法的可行性与有效性。. 柔性机械臂的振动控制问题，是先进机器人控制技术的一个重要方向和难点课题。本研究基于压电纤维材料和去伪控制与多模型控制融合的控制方法，所探索的面向变负载机械臂振动主动控制实际需求的控制器设计方法与振动主动控制实施技术，对我国空间机器臂和工业高精密机械臂的精准控制具有的一定科学意义。