[发明专利]一种计算含压电材料机械臂动力学响应及控制的仿真方法

摘要

本发明公开了一种计算含压电材料机械臂动力学响应及控制的仿真方法，利用绝对节点坐标法离散柔性机械臂的惯性场和位移场，利用假设模态法结合坐标系的建立及胡克定律描述柔性悬臂梁的变形位移；运用虚功原理和第二类Lagrange方程推导出最终的动力学方程。建模方式考虑因柔性悬臂梁的径向变形引起的轴向缩短量，即所谓的二次耦合项，比以往的零次近似中心刚体‑柔性悬臂梁建模有了进一步的优化，使其更加精确，更加完善，适用于高速旋转的大范围运动的柔性悬臂梁结构。该方法可用于分析在压电材料主被动控制下柔性机械臂的旋转角速度、横向纵向位移、振动模态；为解决大范围运动的柔性结构的振动控制和动力学响应计算提供理论基础和数值分析。

主权项

1.一种计算含压电材料机械臂动力学响应及控制的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设定中心刚体、基梁和压电材料的几何参数和材料参数，建立含压电材料的中心刚体‑柔性悬臂梁系统，转入步骤2；步骤2、用混合坐标法在浮动坐标系中描述含压电材料中心刚体‑柔性悬臂梁系统的大范围旋转运动的变形场，转入步骤3；步骤3、基于假设模态法，对柔性悬臂梁在大范围运动下产生的变形进行离散，转入步骤4；步骤4、运用虚功原理和第二类Lagrange方程推导出刚‑柔耦合动力学方程，转入步骤5；步骤5、输出柔性悬臂梁端点变形随时间变化的示意图。