基于压电致动器的空间柔性机械臂系统的轨迹跟踪与振动抑制一体化控制研究的开题报告.docx

基于压电致动器的空间柔性机械臂系统的轨迹跟踪与振动抑制一体化控制研究的开题报告
一、研究背景与意义
近年来，空间机械臂系统在天地观测、交会对接、维修修复等方面得到了广泛的应用和研究。其中，柔性机械臂作为一种新型的机械臂系统，具有重量轻、运动灵活、运动学复杂等特点，在航空航天、机器人等领域有着广泛的应用，具有较大的清洁、轻巧、低成本、适应于各种复杂情况等优点。
然而，柔性机械臂的振动问题一直是制约其应用的重要因素，尤其在复杂工作空间中更加明显，在执行任务的同时必须保证其的轨迹跟踪精度和振动抑制，因此柔性机械臂轨迹跟踪和振动抑制控制一直是该领域内的研究热点。
本课题基于压电致动器的柔性机械臂系统，研究其轨迹跟踪和振动抑制一体化控制，以提高其精度和稳定性，增强其在各领域的应用价值。
二、研究内容
1.基于压电致动器的柔性机械臂系统建模与运动学分析
2.分析柔性机械臂的动力学特性和振动机理
3.设计一体化的轨迹跟踪和振动抑制控制算法
4.实验验证控制算法的效果和系统性能
三、研究方法
1.建立基于压电致动器的柔性机械臂系统的数学模型，并对系统进行运动学分析
2.利用控制理论，设计一体化的轨迹跟踪和振动抑制控制算法
3.使用MATLAB/Simulink等工具进行仿真分析，验证控制算法的可行性和有效性
4.设计实验验证控制算法的效果和系统性能
四、预期成果
1.建立基于压电致动器的柔性机械臂系统的数学模型，并进行运动学分析
2.提出一种有效的轨迹跟踪和振动抑制一体化控制算法
3.通过仿真分析和实验验证，验证控制算法的效果和系统性能
五、论文结构
第一章：绪论
1.1研究背景与意义
1.2国内外研究现状
1.3研究内容和方法
1.4预期成果和论文结构
第二章：基于压电致动器的柔性机械臂系统建模与运动学分析
2.1压电致动器的工作原理及性能特点
2.2柔性机械臂系统的数学模型
2.3柔性机械臂系统的运动学分析
第三章：柔性机械臂的动力学特性和振动机理分析
3.1柔性机械臂系统的动力学特性分析
3.2振动机理分析
第四章：一体化的轨迹跟踪和振动抑制控制算法设计
4.1控制系统的结构设计
4.2轨迹跟踪和振动抑制一体化控制算法设计
第五章：仿真分析与实验设计及数据分析
5.1仿真平台的搭建
5.2实验方案设计
5.3数据分析与结果评估
第六章：结论与展望
6.1研究成果总结
6.2存在问题与改进措施
6.3后续工作展望
六、进度安排
第一年：
1.确定研究方向和思路，撰写课题研究计划
2.进行相关文献调研，获取相关知识和技术的基础，完成文献综述
3.完成压电致动器的工作原理研究，建立柔性机械臂系统的数学模型和运动学分析
4.仿真分析压电致动器与柔性机械臂系统的协同控制
第二年：
1.研究柔性机械臂系统的动力学特性和振动机理
2.提出一种有效的一体化轨迹跟踪和振动抑制控制算法
3.分析和验证控制算法的有效性和稳定性
第三年：
1.在先前的基础上，进一步验证控制算法的性能和实际应用价值
2.结合实际应用需求，对算法进行优化和完善
3.撰写论文，完成毕业设计
七、参考文献
[1]王少杰,付俊强,等.基于EMS系统的柔性机械臂轨迹跟踪研究[J].机械与电子,2018,8(9):53-55.
[2]ChenY,ZhouQ,WeiW,etal.IntegratedControlofTrajectoryTrackingandVibrationSuppressionforaFlexibleRoboticManipulatorUsinganObserver-BasedControlScheme[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2019,66(7):4993-5001.
[3]LiY,HuangX,ZhuB,etal.Anintegratedapproachfortrajectorytrackingandvibrationcontrolofaflexible-linkmanipulator[J].NonlinearDynamics,2018,91(2):1147-1165.