基于壓電致動器的空間柔性機械臂系統(tǒng)的軌跡跟蹤與振動抑制一體化控制研究的開題報告

基于壓電致動器的空間柔性機械臂系統(tǒng)的軌跡跟蹤與振動抑制一體化控制研究的開題報告一、研究背景與意義近年來，空間機械臂系統(tǒng)在天地觀測、交會對接、維修修復(fù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用和研究。其中，柔性機械臂作為一種新型的機械臂系統(tǒng)，具有重量輕、運動靈活、運動學(xué)復(fù)雜等特點，在航空航天、機器人等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，具有較大的清潔、輕巧、低成本、適應(yīng)于各種復(fù)雜情況等優(yōu)點。然而，柔性機械臂的振動問題一直是制約其應(yīng)用的重要因素，尤其在復(fù)雜工作空間中更加明顯，在執(zhí)行任務(wù)的同時必須保證其的軌跡跟蹤精度和振動抑制，因此柔性機械臂軌跡跟蹤和振動抑制控制一直是該領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。本課題基于壓電致動器的柔性機械臂系統(tǒng)，研究其軌跡跟蹤和振動抑制一體化控制，以提高其精度和穩(wěn)定性，增強其在各領(lǐng)域的應(yīng)用價值。二、研究內(nèi)容1.基于壓電致動器的柔性機械臂系統(tǒng)建模與運動學(xué)分析2.分析柔性機械臂的動力學(xué)特性和振動機理3.設(shè)計一體化的軌跡跟蹤和振動抑制控制算法4.實驗驗證控制算法的效果和系統(tǒng)性能三、研究方法1.建立基于壓電致動器的柔性機械臂系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對系統(tǒng)進行運動學(xué)分析2.利用控制理論，設(shè)計一體化的軌跡跟蹤和振動抑制控制算法3.使用MATLAB/Simulink等工具進行仿真分析，驗證控制算法的可行性和有效性4.設(shè)計實驗驗證控制算法的效果和系統(tǒng)性能四、預(yù)期成果1.建立基于壓電致動器的柔性機械臂系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進行運動學(xué)分析2.提出一種有效的軌跡跟蹤和振動抑制一體化控制算法3.通過仿真分析和實驗驗證，驗證控制算法的效果和系統(tǒng)性能五、論文結(jié)構(gòu)第一章：緒論1.1研究背景與意義1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3研究內(nèi)容和方法1.4預(yù)期成果和論文結(jié)構(gòu)第二章：基于壓電致動器的柔性機械臂系統(tǒng)建模與運動學(xué)分析2.1壓電致動器的工作原理及性能特點2.2柔性機械臂系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.3柔性機械臂系統(tǒng)的運動學(xué)分析第三章：柔性機械臂的動力學(xué)特性和振動機理分析3.1柔性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)特性分析3.2振動機理分析第四章：一體化的軌跡跟蹤和振動抑制控制算法設(shè)計4.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2軌跡跟蹤和振動抑制一體化控制算法設(shè)計第五章：仿真分析與實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析5.1仿真平臺的搭建5.2實驗方案設(shè)計5.3數(shù)據(jù)分析與結(jié)果評估第六章：結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)6.2存在問題與改進措施6.3后續(xù)工作展望六、進度安排第一年：1.確定研究方向和思路，撰寫課題研究計劃2.進行相關(guān)文獻調(diào)研，獲取相關(guān)知識和技術(shù)的基礎(chǔ)，完成文獻綜述3.完成壓電致動器的工作原理研究，建立柔性機械臂系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和運動學(xué)分析4.仿真分析壓電致動器與柔性機械臂系統(tǒng)的協(xié)同控制第二年：1.研究柔性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)特性和振動機理2.提出一種有效的一體化軌跡跟蹤和振動抑制控制算法3.分析和驗證控制算法的有效性和穩(wěn)定性第三年：1.在先前的基礎(chǔ)上，進一步驗證控制算法的性能和實際應(yīng)用價值2.結(jié)合實際應(yīng)用需求，對算法進行優(yōu)化和完善3.撰寫論文，完成畢業(yè)設(shè)計七、參考文獻[1]王少杰,付俊強,等.基于EMS系統(tǒng)的柔性機械臂軌跡跟蹤研究[J].機械與電子,2018,8(9):53-55.[2]ChenY,ZhouQ,WeiW,etal.IntegratedControlofTrajectoryTrackingandVibrationSuppressionforaFlexibleRoboticManipulatorUsinganObserver-BasedControlScheme[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2019,66(7):4993-5001.[3]LiY,HuangX,ZhuB,etal.Anintegratedapproachfortrajectorytrackingandvibratio