新型混聯(lián)式汽車(chē)電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的同步滑模控制研究.pdf

1、近年來(lái)，現(xiàn)代化汽車(chē)涂裝工藝迅速發(fā)展，而輸送系統(tǒng)貫穿于涂裝生產(chǎn)線的全過(guò)程，但現(xiàn)有汽車(chē)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(chē)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(lèi)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、車(chē)型適用性廣、柔性化水平高的新型電泳涂裝輸送設(shè)備。
　　與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)

2、機(jī)構(gòu)具有剛度大、無(wú)累積誤差、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，然而也存在工作空間小、結(jié)構(gòu)尺寸偏大、傳動(dòng)環(huán)節(jié)過(guò)多等缺陷，使得并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用受到很大限制?；炻?lián)機(jī)構(gòu)兼具串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，正成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)?；炻?lián)機(jī)構(gòu)以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為主體，因此對(duì)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究主要集中于并聯(lián)機(jī)構(gòu)?；炻?lián)機(jī)構(gòu)中的并聯(lián)機(jī)構(gòu)為多支路的閉鏈結(jié)構(gòu)，各支路間通常存在耦合作用，因此各支路執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的同步協(xié)調(diào)性影響著系統(tǒng)的整體性能。目前，在具有多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)及其裝備的控制器設(shè)計(jì)中，

3、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制回路僅接收所控關(guān)節(jié)的局部反饋信息，沒(méi)有來(lái)自與其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的其他關(guān)節(jié)的反饋信息，因此，某個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制回路中的干擾所引起的誤差，僅在該回路得以糾正，其他控制回路并不響應(yīng)。由于并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端軌跡由所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)決定，因此所有主動(dòng)關(guān)節(jié)應(yīng)同步控制才能高精度地跟蹤期望軌跡，否則跟蹤精度會(huì)由于各主動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的不協(xié)調(diào)而有所降低，嚴(yán)重時(shí)，如主動(dòng)副具有高加速度時(shí)，甚至損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)。本文所研究的以?xún)蛇厡?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電泳

4、涂裝輸送的混聯(lián)機(jī)構(gòu)，對(duì)其同步協(xié)調(diào)性有著較高的要求。為此，為實(shí)現(xiàn)新型混聯(lián)式汽車(chē)電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)的高性能控制，本文在設(shè)計(jì)混聯(lián)機(jī)構(gòu)控制策略時(shí)，通過(guò)引入同步控制理論，并與滑模控制理論相結(jié)合，以在實(shí)現(xiàn)對(duì)混聯(lián)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定跟蹤控制的同時(shí)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)性能。
　　本文首先闡述了汽車(chē)電泳涂裝設(shè)備、混聯(lián)機(jī)構(gòu)、同步控制的發(fā)展和研究概況;針對(duì)新型混聯(lián)式汽車(chē)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

5、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;其次，采用拉格朗日法建立了輸送機(jī)構(gòu)笛卡爾空間動(dòng)力學(xué)模型和關(guān)節(jié)空間動(dòng)力學(xué)模型，并基于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，為解決輸送機(jī)構(gòu)主動(dòng)關(guān)節(jié)之間的同步誤差問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于同步誤差的滑?？刂?，此外，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)性能，又設(shè)計(jì)了一種考慮連接桿兩端同步誤差的新型同步滑?？刂?，并基于MATLAB進(jìn)行了仿真比較分析，仿真結(jié)果表明

6、，由于進(jìn)一步減小了連接桿兩端的同步誤差，該控制算法具有更高的跟蹤精度，從而進(jìn)一步提高了輸送機(jī)構(gòu)的同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)性能;然后，采用“工控機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制器UMAC”分布式控制方式，完成了輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并采用VC++作為工控機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用Pewin32Pro作為UMAC編程工具，完成了輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，最后基于ADAMS建立了輸送機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型，并完成輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真及動(dòng)力學(xué)仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制算法的可行