柔性机械臂具有高速、高精度、高效率、低能耗及载荷质量比大等优点,广泛应用于航空航天、先进制造、精密机械加工及定位等领域中。然而,柔性机械臂运动过程中因其柔性所引起的振动,使臂难以精确定位,将严重影响系统的性能;且在实际工业操作中,对系统的运动及定位在空间精度和时间指标上的要求也越来越严格。压电材料具有良好的机电耦合性能,在振动控制的研究与工程应用中极为重要。因此,研究柔性机械臂的振动控制及其压电传感器/作动器的位置优化配置问题十分必要。针对上述问题,本文采用压电元件作为传感器和作动器,主要从系统模型,时频域特性、压电元件的优化配置及实验验证等方面展开研究。本文以双连杆柔性机械臂为研究对象,以压电材料的正/逆压电效应为基础,求解出任意尺寸的多压电片传感/作动方程,采用假设模态法和拉格朗日方程推导了通用型的多压电片耦合动力学方程。采用Matlab软件对动力学模型进行仿真,研究臂的模态、转角及弹性变形等时域特性;将仿真所得振动信号进行频域特性分析,研究系统内部存在的频率成分,从时频域两个角度来验证柔性机械臂系统是一个高耦合、非线性时变系统。建立双连杆柔性机械臂系统反馈控制器,从振动控制效果及能耗两方面来考虑传感器/作动器的优化配置,以系统振动能量和输入作动器的控制能量最小化为优化准则,用权和系数法综合上述两个指标,建立优化目标函数。针对压电传感器/作动器的数目与位置及尺寸与位置两种情况,应用Matlab软件中遗传算法工具箱分别对优化模型进行求解。最后建立压电柔性机械臂的优化控制系统仿真模型,并对优化配置结果进行对比研究,仿真结果表明此优化方法能有效抑制柔性臂的振动。研制双连杆压电柔性机械臂系统的实验装置,由步进电机运动控制系统控制两臂在水平面内运转,运用PCL-818L卡将振动信号采集入计算机控制系统,再通过PCL-726卡输出至压电驱动电源,驱动粘贴在柔性臂2上的压电作动器。然后以此试验系统为平台,分别对柔性机械臂动力学时域特性、频域特性进行实验分析,并对优化配置结果进行实验验证。实验结果表明本文理论建模研究正确、时频域分析方法可靠,且优化配置后能够有效的抑制柔性臂的振动。