本文關鍵詞：結合非線性擾動觀測器的新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構同步滑�？刂�　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 同步控制 滑模控制 非線性擾動觀測器 混聯(lián)機構 動力學建模

【摘要】：現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送機構,如傳統(tǒng)推桿式輸送機和擺桿式輸送機存在車頂氣包排不盡等問題;先進的RoDip輸送機和多功能穿梭機雖然能徹底清除車頂氣包,但由于采用了懸臂梁結構,難以承受大載荷、重載荷,多車型混線生產(chǎn)柔性化水平不高。本課題組利用混聯(lián)機構兼有串聯(lián)機構和并聯(lián)機構的優(yōu)點,在國家自然科學基金項目(51375210)的資助下研發(fā)了一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構。該輸送機構不僅能夠在電泳涂裝過程中消除車頂氣包,還具有車型適用性廣、承載能力強等優(yōu)點。由于所研發(fā)的新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構采用混聯(lián)式結構,機構中存在多個運動支鏈,且各支鏈之間存在強耦合作用,當機構高速運動時,其動力學特性對機構的控制精度將產(chǎn)生較大影響,為此有必要對該輸送機構進行動力學控制研究。目前大部分針對并/混聯(lián)機構所設計的動力學控制算法,其控制回路僅接收所控運動支鏈的反饋信息,而不包含其它支鏈反饋信息,因此,某個運動支鏈對應控制回路中的跟蹤誤差,僅在該回路得以糾正,其它控制回路并不響應,這將導致各支鏈運動不同步。由于并/混聯(lián)機構末端執(zhí)行器跟蹤精度是由所有運動支鏈共同決定的,為使末端執(zhí)行器具有較高的跟蹤精度,各運動支鏈應當保持同步運動。對于本文所研究的新型輸送機構,其具有兩邊對稱結構,對同步性能有著較高的要求,當各支鏈運動不同步時將導致跟蹤精度下降,嚴重時,甚至會損壞機構。為了實現(xiàn)該輸送機構的同步協(xié)調(diào)控制,本文從同步控制理論著手,針對該輸送機構進行高性能運動控制研究。此外,在實際控制系統(tǒng)中還經(jīng)常存在建模誤差、摩擦力以及外界隨機干擾等不確定因素的影響,而現(xiàn)有同步控制相關研究未能有效克服這些不確定因素�？紤]到滑�？刂茖ο到y(tǒng)的模型不確定和外部擾動具有魯棒性和不敏感性,本文將滑�？刂婆c同步控制相結合,以在提高系統(tǒng)同步性能的同時增強系統(tǒng)的魯棒性。但在實際控制中,往往要選擇盡可能大的滑�？刂魄袚Q增益,以覆蓋大范圍的不確定性,而大切換增益通常會帶來高能量輸出,從而引起劇烈的抖振和執(zhí)行器飽和等問題。針對上述問題,本文提出一種結合非線性擾動觀測器的同步滑模控制算法,以在提高系統(tǒng)同步性能的同時增強系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力,并抑制滑�？刂频亩墩窈蛨�(zhí)行器飽和等問題。本文首先綜述了現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送設備和混聯(lián)機構的發(fā)展概況,然后從混聯(lián)機構控制過程中存在的不確定性、運動學分析、動力學建模以及控制方法研究等幾個方面詳細分析了混聯(lián)機構國內(nèi)外相關控制理論研究現(xiàn)狀以及存在的問題;接著,針對新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構進行運動學分析,推導出輸送機構位置逆解方程和雅克比矩陣,并根據(jù)汽車電泳涂裝工藝要求,設計了輸送機構末端執(zhí)行器的期望運動軌跡;其次,在運動學分析基礎上,采用Lagrange法建立了升降翻轉機構笛卡爾空間動力學模型和包含集總擾動項的升降翻轉機構關節(jié)空間動力學模型,并通過MATLAB軟件驗證了所建立動力學模型的可靠性;然后,為了提高輸送機構的同步協(xié)調(diào)性,設計了一種相鄰交叉耦合同步NPD(Nonlinear Proportion-Derivative)控制算法,仿真結果表明,與常規(guī)NPD控制器相比,在不考慮不確定因素的情況下該控制算法能夠有效減小各關節(jié)之間的同步誤差、提高系統(tǒng)跟蹤精度,但當系統(tǒng)存在摩擦力、外界隨機干擾以及建模誤差等不確定因素時,該控制算法難以實現(xiàn)穩(wěn)定的軌跡跟蹤控制;接著,為了解決相鄰交叉耦合同步控制面對不確定因素時魯棒性差的問題,采用雙冪次趨近律,設計了一種相鄰交叉耦合同步滑�？刂扑惴�,仿真結果表明,在存在不確定因素的情況下,與相鄰交叉耦合同步NPD控制相比,相鄰交叉耦合同步滑�？刂扑惴ň哂懈叩能壽E跟蹤精度和更強的魯棒性;為進一步解決滑模控制抖振問題,并進一步提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力,引入了一種非線性擾動觀測器,進而提出一種結合非線性擾動觀測器的同步滑�？刂破�,并理論證明了集總擾動變化率非零時觀測誤差指數(shù)收斂,仿真結果表明,所設計結合非線性擾動觀測器的同步滑�？刂破髂軌蛟谔岣呦到y(tǒng)同步性能的同時增強系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力,并能有效抑制滑模控制的抖振和執(zhí)行器飽和等問題;最后,根據(jù)輸送機構的控制要求,采用“上位機+下位機”分布式計算機控制系統(tǒng)結構,構建了新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構控制系統(tǒng)實驗平臺,并基于該實驗平臺完成了輸送機構運動控制實驗。實驗結果進一步驗證了所設計結合非線性擾動觀測器的同步滑�？刂破鞯目尚行耘c有效性。
[Abstract]:This paper introduces a new type of hybrid automobile electrophoretic coating and conveying mechanism , which has the advantages of not only eliminating the roof air bag in the process of electrophoretic coating , but also has the advantages of wide applicability , strong bearing capacity and the like . On the basis of kinematic analysis , the paper designs an adjacent cross - coupled synchronous sliding mode control algorithm which can effectively reduce the synchronous error between the joints and improve the tracking precision of the system . The simulation results show that the synchronous sliding mode controller with the nonlinear disturbance observer can effectively reduce the robustness and anti - interference ability of the control system .

【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U468.2;TP273

【參考文獻】

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本文編號：1435200