三柔性梁激光视觉测振与自适应模糊滑模控制

三柔性梁耦合结构广泛应用于航空航天领域，如太空机械臂。为实现对由三根柔性耦合压电梁组成的可移动柔性多体系统的主动振动控制，本文设计了一种自适应反步模糊滑模控制器（ABFSMC），并采用激光位移传感器和线激光视觉测振系统对柔性梁的振动进行高精度测量。该系统包括两根通过弹簧耦合的柔性压电梁和一根独立柔性梁。建立了系统的动力学模型，结合小波变换与霜冰优化算法，对状态空间方程的参数进行了优化辨识，从而获得了更接近实际的精确模型。基于所提出的ABFSMC控制器，分别在定点激励和梯形轨迹激励两种激励方式下开展了振动测量、控制仿真和实验研究。实验结果表明：线激光视觉测振系统具有较高的测量精度，测量误差小于0.1 mm；在定点激励条件下，ABFSMC控制器可在约9 s内将双柔性梁耦合系统的振动有效抑制，而传统的PD控制器则需约15 s才能实现相同效果；在梯形轨迹激励下的双梁系统，以及定点激励和梯形轨迹激励下的单梁系统中，ABFSMC控制器亦均表现出更快的振动抑制能力。研究结果表明，所提出的ABFSMC控制器在振动抑制性能方面显著优于传统的大增益PD控制器，尤其在小幅值振动抑制效果上表现更为优异。