图5.8 所示为购置于Quanser 公司的一自由度柔性机械臂实验测试装置。带编码器的SRV02驱动装置固定在柔性连杆的一端，柔性连杆的另一端支撑一个大小和体积不计的负载。控制系统的硬件包括一个用于程序开发和呈现用户界面的计算机，一个运动控制卡连接计算机和功率放大器。实验选用连杆的长度为950 mm，宽度39 mm，厚度1.02 mm，一个网球作为负载连接在连杆的末端，负载的质量为121 g。一些配重块压在SRV02 驱动基座上以增加其惯性，从而使负载及连杆的振动对驱动基座的影响降到最低。实验法测得的第一模态频率和阻尼比分别为3.35 rad/s和0.06，一个摄像机架设在连杆和驱动装置固结的上方用来实时地检测中部黑色标记和连杆上负载的运动轨迹，检测的结果是中部黑色标记的响应。
图5.8 单连杆柔性机械臂
图5.9 所示为该系统的控制流程框图，操作人员用软件产生一个原始的梯形速度驱动命令通过控制接口通信。原始命令被送到计算机中的Matlab脚本文件中，然后应用于四段光滑器进行处理，生成驱动命令驱动轮毂带动柔性连杆转动。质量比c和梁的长度lb作为估计系统设计频率ωm的参数。
图5.9 控制框图
图5.10所示为在不同驱动距离下，残余振幅的仿真和实验曲线。无控制情况下，随着驱动距离的变化，仿真和实验结果呈现基本一致的波峰和波谷交替出现的情况，这也从侧面说明了模型的正确性。因为实验的频率和设计频率都为3.35 rad/s，阻尼比为0.06，所以四段光滑器都能够抑制残余振幅到很低的水平，但是从图中可以看出光滑器控制下的实验效果比仿真效果要差一些，这主要是因为实验法测得的系统第一模态频率和阻尼存在小的误差以及系统存在一些不确定性因素。尽管如此，实验的结果和仿真结果呈现相同的趋势，数值方面也相差不大。这充分证明了动力学行为和光滑器控制效果的有效性。
图5.10 回转距离对残余振幅的影响(www.xing528.com)
第二组实验探索频率设计误差对控制效果的影响。分析驱动距离为24°的情况下，振荡控制实验响应随着频率设计误差变化的对比结果。图5.11所示为设计频率存在小误差情况下的振荡控制效果对比曲线。无控制情况下，瞬态振幅为30.3 mm，残余振幅为38.2 mm。光滑器作用下，瞬态振幅和残余振幅分别为8.7 mm 和4.6 mm。四段光滑器在小频率设计误差情况下，取得了很好的振荡控制效果。
图5.11 小频率模型误差情况下实验响应
图5.12所示为频率存在负向误差情况下的控制效果对比图，此时实验的设计频率为6.7 rad/s（相当于归一化频率0.5）。光滑器作用下的瞬态振幅和残余振幅分别为14.4 mm 和12.2 mm。可以看出残余振幅相对较大，这是因为光滑器对负向频率误差（低频段）比较敏感。
图5.12 负频率模型误差情况下实验响应
图5.13所示为频率存在正向误差情况下的控制效果对比图。此时实验的设计频率为1.675 rad/s（相当于归一化频率2）。光滑器作用下的瞬态振幅和残余振幅分别为5.7 mm 和1.7 mm。光滑器能将残余振幅抑制到很低的水平，主要是因为低通滤波特性，并且光滑器对正向频率误差（高频段）具有较宽的频率不敏感范围。通过图5.11～图5.13的实验结果，我们可以明显看出对频率设计误差，四段光滑器具有较好的鲁棒性。实验的结果也证明了四段光滑器能够有效抑制柔性机械臂的振动，并且在较宽的频率误差情况下仍能呈现出较强的鲁棒性。
图5.13 正频率模型误差情况下实验响应
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