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摘 要：为了提高柔性关节机械结构力学分配和自动控制能力，提出一种基于阻尼衰减的柔性关节机械结构解耦控制方法，构建柔性关节机械结构的力学分配模型，采用线性解耦方法进行柔性关节机械结构的关节稳定位置调节，采用模糊自适应参数反馈修正方法进行机械机构阻尼单元和弹簧单元的力学参数分配和误差修正，在阻尼衰减下进行柔性关节机械结构解耦控制律设计，以动态变化的稳定域为柔性关节机械结构的可靠性控制价约束条件，获取全局最优解，实现柔性关节机械结构解耦控制优化。仿真结果表明，采用该方法进行柔性关节机械结构解耦控制的稳定性较高，自适应性能较好，提高了柔性关节机械结构的力学自动分配能力。
关键词：阻尼衰减;柔性关节;机械结构;解耦控制
文章编号：2095-2163（2019）04-0267-04 中图分类号：TG501 文献标志码：A
0 引 言
随着人工智能技术的发展，各种机械臂和机械手出现并逐渐取代繁琐的人工劳动，提高了机械装配的智能化水平，柔性关节机械结构作为常用的机械臂部件，对柔性关节机械结构的力学自动分配和解耦控制是该类机械手设计的关键，研究柔性关节机械结构的解耦控制方法，在提高关节的力学自动分配能力，促进机械臂的自适应力学参数调节方面具有重要意义[1]。
对柔性关节机械结构解耦控制是建立在对柔性关节的力学特征参数提取和控制律优化设计基础上，传统方法中，柔性关节机械结构解耦控制方法主要有模糊PID控制方法、滑模控制方法等[2-3]，构建柔性关节机械结构解耦控制约束参量模型，结合对柔性关节机械结构的力学参数分析进行控制律设计，取得了较好的控制效果，但上述方法在对柔性关节机械结构的力学解耦控制中存在自适应性不好和鲁棒性不高的问题，针对上述问题，本文提出一种基于阻尼衰减的柔性关节机械结构解耦控制方法，构建柔性关节机械结构的力学分配模型，采用线性解耦方法进行柔性关节机械结构的关节稳定位置调节，采用模糊自适应参数反馈修正方法进行机械结构阻尼单元和弹簧单元的力学参数分配和误差修正，在阻尼衰减下进行柔性关节机械结构解耦控制律设计，以动态变化的稳定域为柔性关节机械结构的可靠性控制价约束条件，获取全局最优解，实现柔性关节机械结构解耦控制优化，最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高柔性关节机械结构解耦控制能力方面的优越性能。
1 被控对象描述和约束参量分析
1.1 柔性关节机械结构被控对象
为了实现柔性关节机械结构解耦控制，需要首先构建柔性关节机械结构稳定性控制的约束参量模型，结合参数模型的优化识别，进行柔性关节机械结构的力学参数动态分析[4]，柔性关节机械结构刚体模型如图1所示。
在考虑阻尼衰减约束下，柔性关节机械结构的控制参数辨识模型为：
分析多自由度并联柔性机的辨识误差，构建五轴联动下的柔性关节机械结构约束参量模型，根据柔性关节机械结构的参数优化调节进行模糊控制，在二维Bernoulli空间中，柔性关节机械结构的解耦控制调节函数为：
结合单自由度柔性关节模型进行特征分解，构建刚度与位置解耦模型，进行柔性关节机械结构的惯性约束参量调节[5]，得到柔性关节机械结构的过程可靠性调节系数矩阵记作：
分析柔性关节机械结构的稳态特征方程，得到机械结构的稳态特征量为：
在导引进给方向为Y 轴方向上，采用线性解耦方法进行柔性关节机械结构的关节稳定位置调节，结合柔性关节机械结构系统的模态参数识别方法进行自适应调节和可靠性控制。
1.2 力学参数分析
采用力学参数调节方法进行柔性关节机械结构的误差反馈调节，在一个无穷小的转矩 ΔT 作用下，得到静力平衡关系：
采用共轭梯度法进行柔性关节机械结构的力学特征分解，在柔性关节机械结构的操作臂位姿准确控制中，得到联动控制方程满足：
将参数代入上式可以得到：
考虑刚度改变时引起的阻尼误差，采用阻尼衰减调节方法，实现柔性关节机械结构的联动控制优化，得到状态参量特征解：
分析2个变刚度装置的刚度误差满足：
可见，本文设计的柔性关节机械结构解耦控制过程是稳定收敛的，根据上述力学参数模型分析，进行控制律的优化设计。
2 柔性关节机械结构解耦控制律优化
2.1 柔性关节机械结构的阻尼衰减调节
在上述构建柔性关节机械结构的力学分配模型中，采用线性解耦方法进行柔性关节机械结构的关节稳定位置调节的基础上，进行控制律优化设计，本文提出一种基于阻尼衰减的柔性关节机械结构解耦控制方法，计算柔性关节机械结构过程可靠性调节的参量集：
调整关节刚度的变化量，进行多目标优化求解，为：
柔性关节的闭环传递函数：
2.2 控制律优化及稳定性分析
采用模糊自适应参数反馈修正方法进行机械机构阻尼单元和弹簧单元的力学参数分配和误差修正[9]，机械结构的动态参数辨识阈值ρ-（t），即：
基于Lyapunov稳定性原理，得到設计的柔性关节机械结构解耦控制律是稳定收敛的，由此获取全局最优解，实现柔性关节机械结构解耦控制优化。
3 仿真实验与结果分析
为了测试本文方法在实现柔性关节机械结构的解耦控制和力学参数自动估计中的应用性能，进行实验分析，实验的控制算法设计采用Visual C++和Matlab联合设计，对柔性关节机械结构在垂直臂杆长度设定为4.2m，关节的数目为3，对关节的力学数据采样时间为12s，柔性关节机械结构的构型参数为1.24，控制器为 DSpace1103，根据上述仿真环境和参数设定，进行柔性关节机械结构的控制仿真，得到关节的力学参数采集结果如图2所示。
根据图2的数据采集结果，进行柔性关节机械结构位置调节，以动态变化的稳定域为柔性关节机械结构的可靠性控制价约束条件，获取全局最优解，实现对柔性关节机械结构的优化控制，控制收敛曲线如图3所示。
分析图3得知，采用本文方法进行柔性关节机械结构控制的收敛性较好，测试不同方法进行柔性关节机械结构控制的精度。
4 结束语
研究柔性关节机械结构的解耦控制方法，提高关节的力学自动分配能力，本文提出基于阻尼衰减的柔性关节机械结构解耦控制方法，采用线性解耦方法进行柔性关节机械结构的关节稳定位置调节，采用模糊自适应参数反馈修正方法进行机械结构阻
尼单元和弹簧单元的力学参数分配和误差修正，在阻尼衰减下进行柔性关节机械结构解耦控制律设计，以动态变化的稳定域为柔性关节机械结构的可靠性控制价约束条件，获取全局最优解，实现柔性关节机械机构解耦控制优化。研究得知，本文方法进行柔性关节机械结构解耦控制的稳定性较好、收敛性较强、具有很好的鲁棒性。
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