本文關(guān)鍵詞：新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模及二階滑模控制研究

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【摘要】：現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng),例如懸掛鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)和擺桿式輸送系統(tǒng)存在無法根除車頂氣包的問題,而多功能穿梭機(jī)和全旋反向浸漬輸送系統(tǒng),雖然解決了車頂氣包問題,但由于采用懸臂梁結(jié)構(gòu),承受重載荷、大載荷的能力較差,柔性化水平不高。為此,本課題組利用混聯(lián)機(jī)構(gòu)具有高剛度、高承載、動態(tài)特性好、易于實(shí)現(xiàn)多自由度多模式運(yùn)動的特點(diǎn),在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51375210)資助下,研發(fā)了一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)不僅能夠在電泳過程中消除車頂氣包,還具有承載能力強(qiáng)、柔性化水平高等特點(diǎn)。對于所研發(fā)的新型輸送機(jī)構(gòu),由于采用混聯(lián)結(jié)構(gòu),機(jī)構(gòu)存在高度非線性和強(qiáng)耦合性,當(dāng)輸送機(jī)構(gòu)以較高的速度運(yùn)動時,其動力學(xué)特性將對運(yùn)動控制精度產(chǎn)生較大影響。因此,為保證該輸送機(jī)構(gòu)在各種工況條件和涂裝輸送各過程運(yùn)行時平穩(wěn)、可靠、到位準(zhǔn)確,有必要對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)控制研究,以提高輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制性能。然而動力學(xué)控制的控制效果依賴于所建立的動力學(xué)模型,而新型輸送機(jī)構(gòu)是一個復(fù)雜空間多鏈機(jī)構(gòu),更適合從整體上對機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行描述,因此本文從虛能量的角度出發(fā)將整個系統(tǒng)視為一個整體,采用結(jié)合旋量理論與虛功原理的方法建立新型輸送機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型。另外,在實(shí)際工程系統(tǒng)中常常受到機(jī)構(gòu)參數(shù)攝動、內(nèi)部摩擦及外界干擾等不確定因素的影響,傳統(tǒng)的動力學(xué)控制往往難以實(shí)現(xiàn)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的高性能控制。滑�？刂茖ν饨绺蓴_及系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感,具有較強(qiáng)魯棒性,且易于實(shí)現(xiàn),但由于滑�？刂坡删哂胁贿B續(xù)開關(guān)特性,會引起系統(tǒng)抖振,影響系統(tǒng)的控制性能。對于上述問題,本文針對新型輸送機(jī)構(gòu)提出一種基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂品椒�,既滿足系統(tǒng)魯棒性要求,又能消除系統(tǒng)抖振。在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的收斂速度,對于基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂�,通過引入非奇異快速終端滑模面,提出一種二階非奇異快速終端滑�？刂品椒�。本文的研究為實(shí)現(xiàn)新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)在汽車涂裝工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文首先綜述了汽車電泳涂裝輸送設(shè)備和混聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用概況,并從運(yùn)動學(xué)分析、動力學(xué)建模和混聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方法研究三個方面闡述了混聯(lián)機(jī)構(gòu)相關(guān)理論的研究現(xiàn)狀。接著,介紹了旋量理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和新型輸送機(jī)構(gòu)的工作原理及特點(diǎn),考慮到新型輸送機(jī)構(gòu)中的行走機(jī)構(gòu)與升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間相互獨(dú)立,分別建立了行走機(jī)構(gòu)與升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)模型。其中,對于行走機(jī)構(gòu),由于機(jī)構(gòu)相對簡單,根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的幾何特性得出左、右行走驅(qū)動電機(jī)的速度與加速度。而對于升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),考慮到是一個復(fù)雜空間多鏈機(jī)構(gòu),更適合從整體上對機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行描述,為此研究采用旋量理論進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析。其次,在運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合虛功原理法建立了新型輸送機(jī)構(gòu)旋量形式的動力學(xué)模型,并對其進(jìn)行了動力學(xué)仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建動力學(xué)模型的可靠性。然后,為解決傳統(tǒng)滑模控制所固有的抖振問題,針對新型輸送機(jī)構(gòu)研究設(shè)計了一種基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破�,并將其與基于趨近律的滑�？刂破鬟M(jìn)行仿真比較,仿真結(jié)果表明該控制器不僅使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性和更高的穩(wěn)態(tài)精度,而且能夠消除系統(tǒng)抖振。另外,為進(jìn)一步解決基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破魇諗克俣容^慢的問題,通過引入非奇異快速終端滑模面,針對新型輸送機(jī)構(gòu)研究設(shè)計了一種二階非奇異快速終端滑�？刂破�,并利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明該控制器不僅保持了基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破鞯膬�(yōu)點(diǎn),還有效提高了收斂速度,具有較優(yōu)的綜合控制性能。最后,根據(jù)輸送機(jī)構(gòu)的控制要求,構(gòu)建了新型輸送機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺,并基于該實(shí)驗(yàn)平臺完成了新型輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了本文針對新型輸送機(jī)構(gòu)所提出的二階非奇異快速終端滑�？刂破鞯目尚行院陀行浴�
【關(guān)鍵詞】：混聯(lián)機(jī)構(gòu) 動力學(xué)建模 旋量理論 二階滑�？刂� Super-Twisting算法
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U468.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 汽車電泳涂裝輸送設(shè)備概述12-15
• 1.3 混聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用15-19
• 1.3.1 混聯(lián)機(jī)構(gòu)概述15-16
• 1.3.2 混聯(lián)機(jī)構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展概況16-19
• 1.4 混聯(lián)機(jī)構(gòu)相關(guān)理論的研究現(xiàn)狀19-25
• 1.4.1 運(yùn)動學(xué)分析19-20
• 1.4.2 動力學(xué)建模20-23
• 1.4.3 控制方法研究23-25
• 1.5 本文的研究內(nèi)容、目的及意義25-27
• 1.5.1 本文的研究內(nèi)容25-26
• 1.5.2 本文的研究目的及意義26-27
• 1.6 本章小節(jié)27-28
• 第二章 旋量理論基礎(chǔ)28-32
• 2.1 引言28
• 2.2 旋量與剛體運(yùn)動28-31
• 2.2.1 線矢量與旋量28-29
• 2.2.2 旋量的運(yùn)算29
• 2.2.3 運(yùn)動旋量29-30
• 2.2.4 力旋量30-31
• 2.3 螺旋運(yùn)動方程31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)描述32-34
• 3.3 行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析34-35
• 3.4 升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析35-42
• 3.4.1 坐標(biāo)系建立35-36
• 3.4.2 升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位置逆解36-37
• 3.4.3 升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)速度分析37-39
• 3.4.4 升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)加速度分析39-40
• 3.4.5 各構(gòu)件速度旋量、加速度旋量40-42
• 3.5 新型輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)數(shù)值仿真42-48
• 3.5.1 新型輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡規(guī)劃43-45
• 3.5.2 運(yùn)動學(xué)仿真與結(jié)果分析45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章 新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 虛功原理49-50
• 4.2.1 虛位移、虛功的概念49-50
• 4.2.2 剛體系的虛功原理50
• 4.3 行走機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模50-51
• 4.4 升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模51-54
• 4.4.1 各構(gòu)件力旋量51-52
• 4.4.2 動力學(xué)方程52-54
• 4.5 新型輸送機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型54-55
• 4.6 新型輸送機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型的仿真與結(jié)果分析55-60
• 4.6.1 新型輸送機(jī)構(gòu)的物理參數(shù)55-57
• 4.6.2 新型輸送機(jī)構(gòu)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩57-59
• 4.6.3 位移量x對升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的影響59-60
• 4.7 本章小結(jié)60-62
• 第五章 新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)二階滑�？刂蒲芯�62-87
• 5.1 引言62
• 5.2 滑模控制的基本原理62-69
• 5.2.1 傳統(tǒng)滑�？刂苹靖拍�62-64
• 5.2.2 傳統(tǒng)滑�？刂频亩墩駟栴}64-65
• 5.2.3 二階滑�？刂苹靖拍�65-67
• 5.2.4 二階滑模控制的幾種常用算法67-69
• 5.3 新型輸送機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)滑�？刂破髟O(shè)計69-70
• 5.3.1 基于趨近律的滑模控制律設(shè)計69-70
• 5.3.2 基于趨近律的滑�？刂破鞣�(wěn)定性分析70
• 5.4 新型輸送機(jī)構(gòu)的二階滑�？刂破髟O(shè)計70-80
• 5.4.1 基于Super-Twisting算法的二階滑模控制律設(shè)計70-71
• 5.4.2 基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破鞣�(wěn)定性分析71-72
• 5.4.3 基于Super-Twisting算法的二階滑模控制器仿真分析72-80
• 5.5 新型輸送機(jī)構(gòu)的二階終端滑�？刂破髟O(shè)計80-86
• 5.5.1 二階非奇異快速終端滑�？刂坡稍O(shè)計80-81
• 5.5.2 二階非奇異快速終端滑�？刂破鞣�(wěn)定性分析81-82
• 5.5.3 二階非奇異快速終端滑�？刂破鞣抡娣治�82-86
• 5.6 本章小結(jié)86-87
• 第六章 新型輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)驗(yàn)研究87-112
• 6.1 引言87
• 6.2 新型輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)87-88
• 6.3 新型輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計88-96
• 6.3.1 多軸運(yùn)動控制器UMAC及擴(kuò)展板卡選型88-92
• 6.3.2 上位機(jī)選型92
• 6.3.3 伺服驅(qū)動系統(tǒng)92-94
• 6.3.4 位置檢測裝置94-95
• 6.3.5 控制系統(tǒng)供電電路95-96
• 6.4 新型輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計96-104
• 6.4.1 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)96
• 6.4.2 UMAC運(yùn)動控制程序開發(fā)96-99
• 6.4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計99-104
• 6.5 新型輸送機(jī)構(gòu)控制實(shí)驗(yàn)研究104-111
• 6.6 本章小結(jié)111-112
• 第七章 全文總結(jié)112-114
• 參考文獻(xiàn)114-120
• 致謝120-121
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文與成果121

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本文編號：1107316