柔性机械臂的滑模变结构控制研究

刘伟佳 郎英彤

摘要：根据柔性机械臂强耦合性，强非线性的特点，本文将系统分解为慢变和快变两个子系统，针对慢变子系统，设计滑模控制器实现端部转角的轨迹跟踪，并忽略掉快变子系统，用ACLD结构主动控制方法来抑制系统的弹性振动，进行仿真比较这两种控制方法的抑振效果。为柔性杆件运动过程中的控制问提供了较好的解决办法.

关键词：柔性机械臂;ACLD梁;滑模控制;数值仿真

0引言

由于系统的变结构控制机制，其自适应性使得系统中变结构控制中的参数变化，外界的干扰等不确定因素引起的摄动对滑模不产生影响。学者们将滑模变结构控制应用到了对柔性机械臂的控制中，并取得了很好的控制效果。

ACLD单柔性机械臂系统由于结构的特殊性，不仅要进行轨迹的控制而且还要控制柔性部分产生的弹性振动。目前对于机械臂系统已提出自适应控制，计算力矩法控制，神经网络控制等多种控制方法。但对于ACLD结构的轨迹跟踪问题研究还相对较少。

1 建立ACLD梁模型

1.1 ACLD梁的描述及基本假设

本文考虑ACLD结构的矩形梁具有拉（压）、弯曲、剪切的特性。为有源约束阻尼结构各层的几何位置关系。其中最上层为约束材料层，接下来是粘弹性材料层，然后是压电传感器层，最下面是基层梁。约束层的厚度、粘弹性层的厚度以及基层梁的厚度分别用h1h2h3来表示，在建模的过程中，基于下列假设：

1）横截面上所有点的横向位移均相等;

2）只考虑粘弹性层的剪切变形情况;