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原文传递新型混联式汽车电泳涂装输送机构结合扰动观测器的滑模控制

论文题名：	新型混联式汽车电泳涂装输送机构结合扰动观测器的滑模控制
关键词：	混联机构;动力学模型;滑模控制;扰动观测器;汽车电泳涂装;输送机构
摘要：	现代化汽车制造中，汽车电泳涂装输送系统贯穿于汽车涂装生产线的全过程。传统的悬挂式输送系统存在车身易受污染，顶盖及空腔结构内的空气排不尽等问题；摆杆链输送机解决了车身污染的问题，但无法根除车顶空气包；国际先进的RoDip输送机和多功能穿梭机等都是悬臂梁结构，承受重载荷、大载荷的能力较差，柔性化水平不高。本课题组基于混联机构研制了一种新型汽车电泳涂装输送机构。　　混联机构是一个具有多变量、高度非线性与耦合性的被控对象，已有的基于动力学模型控制方法的控制效果依赖于混联机构动力学模型的准确性。混联机构的闭链结构和运动学约束使其动力学模型较为复杂，另外，实际工程系统中由物理参数测量误差引起的参数不确定性、模型误差以及系统存在的摩擦力和外部未知扰动，使得难以建立准确的动力学模型，因此传统的PID控制无法满足混联机构的高性能跟踪控制。滑模控制由于具有响应快速、对外界扰动和系统参数变化不敏感、无需系统在线辩识、物理实现简单等优点，因而具有良好的适应性和鲁棒性，适用于混联机构的控制。然而，当参数不确定性、模型误差、摩擦力和外部未知扰动变化较大时，过高的开关增益将引起系统较大的抖振，从而磨损物理系统。为了克服滑模控制的上述问题，并使系统获得更好的控制性能、更强的鲁棒性，针对存在参数不确定性、模型误差、摩擦力和外部未知扰动的新型混联式汽车电泳涂装输送机构，本文提出了一种将滑模控制与扰动观测器相结合的控制方法。　　本文首先阐述了汽车电泳涂装输送设备的发展，以及混联机构的研究现状；其次针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构建立运动学逆解模型、运动学正解模型、雅可比矩阵，并对输送机构的位置逆解进行MATLAB仿真，验证运动学分析的正确性；接着采用拉格朗日法建立输送机构的动力学模型，并对所建立模型进行仿真分析，验证所建立模型的可靠性；考虑输送机构在实际控制中存在参数不确定性、模型误差、摩擦力和外部未知扰动，为消除其对系统产生的不利影响，提高机构的控制性能，提出了一种结合扰动观测器的滑模控制策略。根据该机构的控制要求，设计滑模控制器，并设计非线性扰动观测器对系统存在的参数不确定性、模型误差、摩擦力和外部未知扰动进行估计，把估计值作为扰动补偿量。然后，运用Lyapunov稳定性理论证明了所提出控制方法的稳定性，并将所设计的控制方法与单纯的滑模控制进行MATLAB仿真比较。仿真结果证明了本文所提出的结合扰动观测器的滑模控制方法不仅使系统获得更好的控制性能，更强的鲁棒性，而且可削弱滑模控制的抖振，从而实现对新型混联式汽车电泳涂装输送机构的高性能跟踪控制；然后采用“PC+UMAC”的分布式控制方式，完成输送机构控制系统硬件设计，基于Pewin32Pro2开发下位机的运动程序，基于VS2013集成开发环境及MFC软件开发包设计上位机人机界面，完成输送机构控制系统软件设计。最后基于该控制系统，对所设计的结合扰动观测器的滑模控制算法进行实验，以验证所设计控制算法的正确性和有效性。
作者：	黄敏
专业：	控制理论与控制工程
导师：	高国琴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文