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原文传递输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制

论文题名：	输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制
关键词：	汽车电泳涂装输送;混联机器人;全局鲁棒超螺旋滑模控制;双层自适应律
摘要：	针对现有汽车电泳涂装输送用机器人因采用悬臂梁串联结构而存在承载能力低、柔性化水平不高等不足，本课题组综合串联机器人操作灵活、工作空间大以及并联机器人柔性化水平高、承载能力强的优点，自主研制了一种汽车电泳涂装输送用混联机器人，可实现行走、升降以及翻转的多模式运动。混联机器人是一种多输入、多输出的复杂非线性系统，存在建模误差、摩擦力以及外界干扰等不确定性问题，本文着重研究采用动力学滑模控制方法提高混联机器人系统克服不确定性的鲁棒性能。目前，混联机器人动力学滑模控制研究还存在一些难点，主要包括动力学滑模控制趋近阶段不具有鲁棒性，以及动力学滑模控制滑动阶段因不确定性上界信息未知而保守选取切换增益易使控制系统存在严重抖振问题等。因此，本文通过设计全局鲁棒滑模面以消除趋近阶段，并进一步探索一种在滑动阶段可快速获取低切换增益的双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制方法。本文完成的主要工作如下：　　(1)完成输送用混联机器人的运动学分析和动力学分析。采用解析法进行运动学分析，解得混联机器人的运动学逆解、运动学正解以及雅可比矩阵；采用Lagrange法进行动力学分析，建立输送用混联机器人的标准动力学模型以及包含不确定性的动力学模型，并通过MATLAB仿真以证明所建立模型的正确性。　　(2)提出一种输送用混联机器人全局鲁棒超螺旋滑模控制方法。针对动力学滑模控制趋近阶段不具有鲁棒性的问题，设计一种基于全局鲁棒滑模面的全局鲁棒超螺旋滑模控制器，以消除趋近阶段，确保控制系统的全局鲁棒性；完成稳定性理论证明并进行MATLAB仿真实验，结果表明：与超螺旋滑模控制相比，全局鲁棒超螺旋滑模控制系统具有全局鲁棒性。　　(3)进一步提出一种输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制方法。针对全局鲁棒超螺旋滑模控制在滑动阶段因不确定性上界信息未知而保守选取切换增益易使控制系统存在严重抖振的问题，基于重构等效控制设计一种在滑动阶段可快速获取低切换增益的双层自适应律，并进一步建立双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制器，以在确保全局鲁棒性的同时有效抑制抖振；完成稳定性理论证明和MATLAB仿真实验，结果表明：相比于非重构自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制，所提出的双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制方法可有效抑制滑模控制抖振。　　(4)构建输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制系统实验平台，并进行样机实验验证。选用“上位机+下位机”的分布式结构，完成输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制系统的硬件设计以及软件开发。在此基础上，完成输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制和非重构自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制的对比实验。实验结果进一步验证了所提出的输送用混联机器人双层自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制方法的有效性与优越性。
作者：	张松云
专业：	控制科学与工程
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：	2020
正文语种：	中文