柔性機(jī)械臂具有質(zhì)量輕、負(fù)載大、速度快、能耗低、發(fā)射成本低等點(diǎn)，在自動化設(shè)備的工業(yè)場合和空間機(jī)器人中應(yīng)用越來越廣泛。由于柔性機(jī)械臂在運(yùn)動過程中會產(chǎn)生扭曲、剪切等彈性變形，引起機(jī)器人末端的彈性變形誤差，從而影響機(jī)器人的工作精度。柔性機(jī)械臂的模態(tài)阻尼很小，在運(yùn)動時(shí)或定位時(shí)容易產(chǎn)生彈性振動，影響運(yùn)動平穩(wěn)性和定位精度，高頻小幅值振動可以較快速的衰減，但是其低頻大幅值振動會持續(xù)很長的時(shí)間，這不僅影響了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性，還會引起結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，因此需要對其采用主動控制，抑制振動。
　　
　　針對柔性機(jī)械臂的振動問題，一種基于FESTO氣缸驅(qū)動和壓電片驅(qū)動器同時(shí)作用的振動控制方案。采用脈沖碼調(diào)制方法(PulseCodeModulation，PCM)構(gòu)建氣動回路控制無桿氣缸活塞的運(yùn)動，同時(shí)進(jìn)行氣缸基座定位和柔性臂振動控制，同時(shí)利用壓電片驅(qū)動器對柔性臂振動進(jìn)行抑制。活塞的位移由直線光柵尺傳感器測量，柔性臂的振動由表面粘貼的壓電陶瓷片作為傳感器進(jìn)行測量。完成了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、算法仿真和試驗(yàn)研究。
　　
　　先，提出了FESTO氣缸驅(qū)動和壓電片驅(qū)動器同時(shí)作用的振動控制方案，包括基于氣動PCM控制方式的氣動回路和信號采集電路以及控制系統(tǒng)。分別采用Hamilton原理和Lagrange原理對系統(tǒng)進(jìn)行了動力學(xué)建模，并給出其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空間方程及離散化形式，為系統(tǒng)特性分析、控制算法仿真以及控制器設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。其次，進(jìn)行模糊自適應(yīng)控制算法數(shù)學(xué)仿真研究。設(shè)計(jì)了PD控制算法、模糊控制算法、變論域模糊控制算法和直接自適應(yīng)模糊控制算法，并進(jìn)行了閉環(huán)穩(wěn)定性分析。并分別進(jìn)行了氣動定位和振動控制仿真研究，為控制實(shí)驗(yàn)提供參考。zui后，為了驗(yàn)證氣動驅(qū)動振動控制方案和控制算法的可行性，建立了基于無桿氣缸驅(qū)動和壓電驅(qū)動器復(fù)合控制柔性機(jī)械臂振動實(shí)驗(yàn)平臺。完成了系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣控制部分硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要包括：光柵尺信號四倍頻、辨向、脈沖計(jì)數(shù)電路、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集電路、D/A轉(zhuǎn)換和信號調(diào)理電路及其驅(qū)動程序和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。并進(jìn)行了基于FESTO氣缸驅(qū)動和壓電驅(qū)動器復(fù)合控制的實(shí)驗(yàn)比較研究。理論分析、仿真和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，提出的氣動驅(qū)動控制方案及采用的算法可快速抑制柔性臂的振動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣缸基座的定位，證明了所提出的氣動驅(qū)動控制方案的可行性和所采用的控制策略的有效性。