新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的多模型切換控制研究.pdf

1、現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)如RoDip輸送機(jī)和多功能穿梭機(jī)等都是懸臂梁串聯(lián)結(jié)構(gòu)，承受重載荷、大載荷的能力較差，柔性化水平不高。本課題組在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51375210)資助下，從汽車電泳涂裝輸送設(shè)備的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新及其相關(guān)控制理論著手，研究探索一種或一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、車型適用性廣、柔性化水平高的新型電泳涂裝輸送設(shè)備。
　　新型汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)采用混聯(lián)機(jī)構(gòu)，結(jié)合了串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有可控自由度高、工作空

2、間大、速度快、剛性高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于混聯(lián)機(jī)構(gòu)，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的控制方法控制精度有限，且難以保證混聯(lián)機(jī)構(gòu)高速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，為此，基于動(dòng)力學(xué)控制的方法被引入到混聯(lián)機(jī)構(gòu)控制中。然而，混聯(lián)機(jī)構(gòu)由于其閉鏈結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)約束而使其整體動(dòng)力學(xué)模型較為復(fù)雜，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)往往難以滿足其實(shí)時(shí)性要求。針對(duì)上述問題，本文以新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，提出一種多模型切換控制方法。本文的研究為解決具有復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型的控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)控制的問題

3、提供了一種解決方案，同時(shí)，針對(duì)輸送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和多模式運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)提出的多模型切換控制方法，便于工程實(shí)現(xiàn)，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先闡述了汽車電泳涂裝設(shè)備發(fā)展概況、混聯(lián)機(jī)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用、動(dòng)力學(xué)建模和多模型切換系統(tǒng)切換穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀;其次，針對(duì)新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)，建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型、雅克比矩陣、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解模型，并對(duì)輸送機(jī)構(gòu)的位置逆解模型進(jìn)行了MATLAB仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了位置逆解模型的正確性;然后，采用拉格朗

4、日法建立了輸送機(jī)構(gòu)笛卡爾空間整體動(dòng)力學(xué)模型，并針對(duì)新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、多模式運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及汽車電泳涂裝工藝要求，將完整動(dòng)力學(xué)模型分解為翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)模型，基于MATLAB對(duì)所建立模型進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建立模型的可靠性;接著，基于所建立兩個(gè)動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)模型提出一種多模型切換控制算法，根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)階段工況的不同，給翻轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)了滑?？刂破?，給升降子系統(tǒng)設(shè)計(jì)了計(jì)算力矩控制器，根據(jù)運(yùn)動(dòng)模式設(shè)計(jì)了

5、切換系統(tǒng)，確定了依據(jù)時(shí)間切換控制器的切換策略，并利用駐留時(shí)間法理論證明了切換系統(tǒng)是輸入-狀態(tài)穩(wěn)定的，對(duì)多模型切換控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，與整體動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算時(shí)間相比，采用多模型切換控制策略有效縮短了動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算時(shí)間，相應(yīng)可縮短基于動(dòng)力學(xué)模型所設(shè)計(jì)控制算法的執(zhí)行時(shí)間，可有效提高控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，此外，在所設(shè)計(jì)多模型切換控制器作用下，混聯(lián)機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)控制性能;最后，初步構(gòu)建了新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件