基于模型预测控制的高速柔性并联机构振动控制

摘要：

由于高速柔性并联机构系统的非线性和不确定性，提出一种鲁棒模型预测振动控制策略以抑制系统的振动响应。以压电陶瓷为作动器，电阻应变片为传感器，采用有限元方法和模态截断技术建立机构不精确动力学模型。机构动力学模型中的非线性因素、耦合因素及系统高阶模态影响作为扰动，将模态力视为不确定扰动，并且考虑输出噪声对系统的影响，建立系统动态响应的预测模型，以预测输出值。采用Kalman滤波估计器估计系统状态量，以控制电压及其变化率为约束条件，将系统性能指标和约束条件化为一个标准二次规划优化问题，通过求解这一优化问题来得到最优控制输出，形成滚动优化控制输出来抑制系统振动响应。采用表征作动能量的可控性指标和表征观测信号能量的可观性指标，确定作动器和传感器的最优位置。以新型2自由度并联机构为实例，采用实验模态方法得到系统的前2阶固有频率和阻尼比，与有限元方法得到的结果比较分析表明理论模型不精确。基于该模型采用dSPACE 实时仿真系统和MAT-LAB/Simulink搭建鲁棒控制系统，进行振动主动控制试验研究。试验结果表明，所设计的控制器能有效地抑制柔性构件产生的弹性振动，验证了控制器的有效性和鲁棒性。

关键词：柔性并联机构、主动振动控制、模型预测控制、有限元法

分类号：TH112

资助基金：国家自然科学基金资助项目51265016；江西省教育厅科技项目GJJ12358；江西省科学基金资助项目20122BAB216029；江西理工大学科研基金项目jxxj12050

在线出版日期：2014-01-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：24-32