本文選題：混聯(lián)機構(gòu) + 耦合作用��； 參考：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng),如RoDip輸送機和多功能穿梭機等皆采用懸臂梁結(jié)構(gòu),存在著承受重、大型負(fù)載能力較差,柔性化水平不高的問題。針對上述問題,本課題組在國家自然科學(xué)基金項目(51375210)的資助下,基于混聯(lián)機構(gòu)研制了一種新型汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機構(gòu)。該混聯(lián)機構(gòu)兼具串聯(lián)機構(gòu)和并聯(lián)機構(gòu)的特點,其結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、柔性化水平高,應(yīng)用領(lǐng)域更廣。新型輸送用混聯(lián)機構(gòu)以并聯(lián)機構(gòu)為主體,由多條運動支路組成,在機構(gòu)運行過程中,由于具有高度非線性、強耦合、時變參數(shù)等特性,并存在未知擾動等,其運動控制較為復(fù)雜。經(jīng)典運動控制策略如PID控制,其結(jié)構(gòu)簡單、易于操作和實現(xiàn),在實際工程和生產(chǎn)設(shè)備的運動控制中被廣泛使用,但對于模型不確定、非線性和多變量的被控對象,PID控制往往難以實現(xiàn)高性能控制。分?jǐn)?shù)階PI Dul控制器通過在整數(shù)階PID控制器中引入積分階次l和微分階次μ,增大了控制器參數(shù)的整定范圍,從而可得到更好的控制效果。此外,分?jǐn)?shù)階PI~λD~u控制器對其參數(shù)和被控對象系統(tǒng)參數(shù)的變化皆具有不敏感性,只要相關(guān)參數(shù)有限定的變化范圍,分?jǐn)?shù)階PI~λD~u控制器能較好地實現(xiàn)控制。然而對于各支路間存在耦合的汽車電泳涂裝輸送用混聯(lián)機構(gòu)來說,分?jǐn)?shù)階PI~λD~u控制策略只能直接用于各支路的獨立控制,因此需進一步考慮機構(gòu)各支路之間的耦合問題。又由于分?jǐn)?shù)階PI~λD~u控制器引入了額外參數(shù)l和μ,因此還需考慮控制器參數(shù)優(yōu)化的問題。為此,為解決輸送用混聯(lián)機構(gòu)各支路間存在耦合的問題,本文提出了一種結(jié)合前饋補償?shù)姆謹(jǐn)?shù)階PI~λD~u控制策略,并采用遺傳算法實現(xiàn)對分?jǐn)?shù)階PI Dul控制器參數(shù)的優(yōu)化。本文首先對汽車電泳涂裝輸送設(shè)備、混聯(lián)機構(gòu)及其運動控制策略進行了概述,并闡述了分?jǐn)?shù)階PI Dul特點及發(fā)展應(yīng)用和遺傳算法的發(fā)展概況。接著,針對新型輸送用混聯(lián)機構(gòu),建立運動學(xué)逆解、正解模型和雅可比矩陣,并通過MATLAB進行了運動學(xué)仿真,仿真結(jié)果表明了運動學(xué)分析的正確性。其次,采用Lagrange法建立新型輸送用混聯(lián)機構(gòu)的動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,進一步對輸送用混聯(lián)機構(gòu)進行耦合性分析,并采用MATLAB對動力學(xué)模型以及輸送用混聯(lián)機構(gòu)的耦合性進行了仿真,仿真結(jié)果表明了所建立模型的正確性以及輸送用混聯(lián)機構(gòu)各支路間存在耦合作用的情況。然后,為解決輸送用混聯(lián)機構(gòu)各支路間存在耦合的問題,設(shè)計了一種結(jié)合前饋補償?shù)姆謹(jǐn)?shù)階PI~λD~u控制策略,即分別采用分?jǐn)?shù)階uDPIl控制對輸送用混聯(lián)機構(gòu)各支路進行獨立控制,同時通過建立動力學(xué)模型,進一步分析得出各支路間存在的耦合作用,采用前饋補償?shù)姆绞较詈献饔玫挠绊?并利用遺傳算法優(yōu)化控制器的參數(shù)。將所設(shè)計的控制器與未采用前饋補償方式消除各支路間耦合作用影響的分?jǐn)?shù)階PI Dul控制器和PID控制器進行了MATLAB仿真比較,仿真結(jié)果表明結(jié)合前饋補償?shù)姆謹(jǐn)?shù)階PI~λD~u控制器對外部干擾有著較強的魯棒性,并且比未采用前饋補償?shù)姆謹(jǐn)?shù)階PI~λD~u控制器和PID控制器具有更好的跟蹤性能。最后,采用“PC+UMAC”的分布式結(jié)構(gòu),構(gòu)建了新型輸送用混聯(lián)機構(gòu)控制系統(tǒng)的實驗平臺,并完成新型輸送用混聯(lián)機構(gòu)運動控制實驗,從而進一步驗證了本文所設(shè)計的結(jié)合前饋補償分?jǐn)?shù)階PI~λD~u控制的可行性和有效性。
[Abstract]:The existing automobile electrophoretic coating transportation systems, such as RoDip conveyor and multi-functional shuttle machine, are used in cantilever beam structure. There is a problem of heavy load, poor large load capacity and low flexibility. Under the support of the National Natural Science Foundation Project (51375210), a kind of hybrid mechanism has been developed. The new type of hybrid mechanism has the characteristics of tandem mechanism and parallel mechanism. Its structure is simple, the bearing capacity is strong, the flexibility is high and the application field is more wide. The new type of mixing mechanism is mainly composed of parallel mechanism and is composed of multiple moving branches. In the operation process of the mechanism, because of the height of the mechanism Nonlinear, strong coupling, time-varying parameters and other characteristics, and there are unknown disturbances, its motion control is more complex. The classical motion control strategy, such as PID control, is simple in structure, easy to operate and realize, and is widely used in the motion control of actual engineering and production equipment, but for the model uncertain, nonlinear and multivariable controlled objects, PID Control is often difficult to achieve high performance control. The fractional order PI Dul controller can increase the tuning range of the controller parameters by introducing the integral order L and the differential order mu in the integer order PID controller, thus the better control effect can be obtained. In addition, the fractional order PI~ D~u controller changes the parameters of the controller and the parameters of the controlled object system. It is insensitive that the fractional order PI~ lambda D~u controller can achieve better control as long as the related parameters have a limited range of change. However, for the coupling mechanism of coupling between the branches of each branch, the fractional order PI~ lambda D~u control strategy can only be used directly for the independent control of various branches, so further consideration should be given to the mechanism. In addition, the fractional PI~ lambda D~u controller introduces the additional parameters L and mu, so the optimization of the controller parameters must be considered. In order to solve the problem of coupling between the branches of the mixing mechanism, a fractional order PI~ lambda D~u control strategy combined with feedforward compensation is proposed, and the relic is adopted in this paper. The transmission algorithm is used to optimize the parameters of the fractional order PI Dul controller. First, the paper summarizes the automobile electrophoretic coating transport equipment, the mixing mechanism and its motion control strategy, and expounds the characteristics of the fractional order PI Dul, the development and application and the development of the genetic algorithm. The kinematics simulation of the positive solution model and Jacobi matrix is carried out by MATLAB. The simulation results show the correctness of the kinematic analysis. Secondly, the dynamic model of a new type of mixing mechanism is established by Lagrange method. On this basis, the coupling analysis of the mixing mechanism is further analyzed, and the dynamic model is used by MATLAB. The simulation results show the correctness of the model and the coupling between the various branches of the mixing mechanism and the coupling between the various branches of the mixing mechanism. Then, in order to solve the problem of coupling between the branches of the mixing mechanism, a fractional order PI~ lambda D~u combined with the feedforward compensation is set up. The control strategy is to use the fractional uDPIl control to control each branch of the mixing mechanism separately. At the same time, through the establishment of the dynamic model, the coupling effect between the branches is further analyzed. The effect of the coupling is eliminated by the feedforward compensation method, and the parameters of the controller are optimized by the genetic algorithm. The controller is compared with the fractional order PI Dul controller and the PID controller which can eliminate the influence of the coupling interaction between the branches without the feedforward compensation. The simulation results show that the fractional PI~ D~u controller combined with the feedforward compensation has a strong robustness to the external interference, and the fractional order P without the feedforward compensation is compared. The I~ lambda D~u controller and the PID controller have better tracking performance. Finally, using the distributed structure of "PC+UMAC", the experimental platform of a new type of hybrid mechanism control system is constructed, and the motion control experiment of a new type of mixing mechanism is completed, which further validates the design of this paper combined with the feed forward compensation fractional PI~ [PI~] D~ The feasibility and effectiveness of u control.

【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】：2017
【分類號】：U468.2;TP273

【參考文獻】

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本文編號：1875422