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原文传递新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制研究

论文题名：	新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制研究
关键词：	动力学模型;机电耦合;趋近律控制;汽车电泳涂装;输送机构
摘要：	在汽车车身的涂装过程中，机械化输送系统是电泳涂装输送生产线的大动脉，贯穿于电泳涂装输送生产线的全过程。目前用于连续式生产的汽车电泳涂装输送系统如RoDip输送机和多功能穿梭机均采用悬臂梁结构，难以承受重载荷与大载荷，且柔性化水平较低。本课题组在国家自然科学基金项目(51375210)资助下，与清华大学合作，从汽车电泳涂装输送设备的基础机构构型创新及相关控制理论着手，研制一种结构简单、承载能力强、车型适用性广、柔性化水平高的新型混联式汽车电泳涂装输送机构。本文以新型混联式汽车电泳涂装输送机构为研究对象，着重研究新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制。　　本课题组之前的研究多集中在机构部分，未从建模角度直接考虑驱动电机的耦合作用，但机电耦合的存在对新型输送机构的控制性能有较大影响，为此，本文将同时考虑输送机构的动力学特性和交流伺服电机的作用，研究建立新型混联式汽车电泳涂装输送机构机电耦合动力学模型。另外，考虑到滑模变结构控制具有对外界干扰及系统参数变化不敏感、能进行快速响应、不需要在线进行参数辨识等优点，可有效解决具有不确定性的混联机构的控制问题。但滑模面的存在条件保证了系统在任意的初始位置能够在有限时间内到达滑模面，却不能反映出运动点到达滑模面的具体轨迹。为此，本文针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构研究设计一种基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制器。为了验证所设计控制器的可行性，本文基于ADAMS虚拟样机模型得到在趋近律滑模控制作用下机构末端（连接杆中点）位姿各分量的运动轨迹，并与在趋近律滑模控制作用下利用MATLAB仿真得到的运动轨迹进行比较。本文的研究为实现新型混联式汽车电泳涂装输送机构在汽车涂装工业中的实际应用奠定了基础。　　本文首先阐述了汽车电泳涂装输送设备、混联机构和动力学建模方法的研究概况；接着针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构进行运动学分析，并利用MATLAB软件进行仿真，仿真结果验证了所建立运动学模型的正确性；然后，采用Lagrange法推导建立了新型混联式汽车电泳涂装输送机构的动力学模型，另外，考虑到驱动电机性能对新型混联式汽车电泳涂装输送机构的运行有着重要影响，建立了新型混联式汽车电泳涂装输送机构机电耦合动力学模型，并利用MATLAB软件对机构的机电耦合动力学模型进行了仿真，仿真结果验证了所建立模型的可靠性及考虑机电耦合的必要性；其次，在新型输送机构机电耦合动力学模型的基础上，为获得更好的控制性能，解决具有不确定性的混联机构的控制问题，研究设计了一种基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制器，并运用MATLAB软件进行了仿真，仿真结果表明基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制策略能使输送机构具有良好的控制性能；之后，利用ADAMS软件对输送机构进行虚拟样机建模及动力学仿真，验证了针对输送机构所设计控制器的可行性；最后，研究采用“PC+UMAC”分布式控制方式完成输送机构控制系统硬件设计，并在硬件平台上，以Visual C++为开发环境和调试工具，开发上位机软件，以Pewin32Pro为开发工具，开发输送机构的运动控制程序。同时，在完成新型输送机构控制系统设计的基础上，构建新型输送机构实验平台，并基于该实验平台完成新型输送机构运动控制实验，从而进一步验证了本文针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构所设计的基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制器的正确性和有效性。
作者：	梁炳冬
专业：	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