变长度柔性机械臂的双柔性伺服驱动系统振动抑制策略

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.010

东北大学学报（自然科学版） ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 530-539.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.010

变长度柔性机械臂的双柔性伺服驱动系统振动抑制策略

刘佳琪¹, 李小彭¹, 尹猛², 周赛男¹

^1.东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳 110819
^2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东深圳 518055

收稿日期:2022-12-10 出版日期:2024-04-15 发布日期:2024-06-26
作者简介:刘佳琪（1996-），女，辽宁鞍山人，东北大学博士研究生
李小彭（1976-），男，江西宁都人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(52275090);辽宁省应用基础研究计划项目(101300159)

Vibration Suppression Strategy for Dual-Flexible Servo Drive System in Flexible Manipulator of Variable Length

Jia-qi LIU¹, Xiao-peng LI¹, Meng YIN², Sai-nan ZHOU¹

^1.School of Mechanical Engineering & Automation, Northeastern University, Shenyang 110819, China
^2.Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055, China. Corresponding author：LI Xiao-peng, E-mail: xpli@me. neu. edu. cn

Received:2022-12-10 Online:2024-04-15 Published:2024-06-26

摘要/Abstract

摘要：

变长度的柔性机械臂在旋转运动过程中由于受到环境扰动以及自身柔性的影响导致了伺服驱动系统输出转速的波动现象，这会加剧柔性机械臂的振动，严重影响了柔性机械臂的运动精度.基于此，设计了一种基于干扰观测器的PI控制策略来抑制伺服驱动系统转速的波动.首先使用拉格朗日原理建立了双柔性伺服驱动系统的动力学模型并分析了双柔性伺服驱动系统的传动特性；其次将基于干扰观测器的PI控制策略应用于双柔性伺服驱动系统的速度环中，并通过鲁棒稳定性分析设计干扰观测器中的低通滤波器参数；最后开展了数值仿真分析和控制实验.实验结果验证了提出的控制策略能够有效减少变长度柔性机械臂的转速波动，提高伺服驱动系统的运动精度.

关键词: 伺服驱动系统, 转速波动, 关节柔性, 控制策略, PI控制

Abstract:

The output rotational speed of the servo drive system fluctuates due to the influence of environmental disturbances and the flexibility of the flexible manipulator with variable length during the process of rotation. The phenomenon will exacerbate the vibration of the flexible manipulator and affect the motion accuracy of the flexible manipulator seriously. Therefore， a proportional?integral （PI） control strategy based on the disturbance observer is designed to suppress the rotational speed fluctuation of the servo drive system. Firstly， the dynamic model of the dual?flexible servo blrive system was established and the transmission characteristics of the dual?flexible servo drive system were analyzed by using the Lagrange’s theorem. Then the PI control strategy based on the disturbance observer was applied to the speed loop in the dual?flexible servo drive system. The low pass filter parameters of the disturbance observer were designed by robust stability analysis. Finally， numerical simulation analysis and control experiments were carried out. The results verify that the proposed control strategy can effectively reduce the rotational speed fluctuation of the flexible manipulator with variable length and improve the motion accuracy of the servo drive system.

Key words: servo drive system, rotational speed fluctuation, joint flexibility, control strategy, PI control

中图分类号:

TH 212

刘佳琪, 李小彭, 尹猛, 周赛男. 变长度柔性机械臂的双柔性伺服驱动系统振动抑制策略[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2024, 45(4): 530-539.

Jia-qi LIU, Xiao-peng LI, Meng YIN, Sai-nan ZHOU. Vibration Suppression Strategy for Dual-Flexible Servo Drive System in Flexible Manipulator of Variable Length[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2024, 45(4): 530-539.

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Vibration Suppression Strategy for Dual-Flexible Servo Drive System in Flexible Manipulator of Variable Length

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