机电一体化设计――柔性臂结构和控制系统的融合设计

摘要

本文以单输入输出的柔性臂系统为具体物理对象，首先研究了柔性悬臂梁横向振动的动力学特性，分析了柔性悬臂梁的结构参数和控制参数（如传感器位置，作动力位置）对系统动态特性的影响、以及两者之间相互作用、相互耦合的关系。论证了只有通过结构参数和控制参数的融合设计，才能进一步提高系统的综合性能；同时，也证明了研究对象具有典型性。进而针对此类变截面柔性悬臂梁很难求得其动力学特性精确解的问题，提出了将变截面柔性悬臂梁模型单元离散化，并结合有限元理论和控制理论，提出结构动力学模型和控制模型进行融合设计的方法。在此基础上建立了包含控制参数和机构动力学参数的机电耦合数学模型，为柔性臂机电系统的设计提出一种方法论上的探讨。同时，为了实现以现有的软件资源达到机电系统快速设计的目的，提出了利用有限元分析软件ANSYS分析变截面柔性臂动态特性、计算其整体刚度矩阵和质量矩阵的方法；并利用MATLAB软件设计控制系统。最后，通过对机械结构参数－控制参数的融合设计和柔性悬臂梁闭环控制系统的仿真计算。

目录

文摘

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第一章 绪论

第二章 柔性臂结构参数和控制参数的耦合机理

第三章 方案设计及理论分析

第四章 耦合模型的建立及优化方案的制定

第五章 程序实现及优化算法设计

第六章 优化参数设计及仿真数据分析

第七章 结论与展望

参考文献

附录（程序清单）

致谢

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