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原文传递新型混联式汽车电泳涂装输送机构的同步滑模控制研究

论文题名：	新型混联式汽车电泳涂装输送机构的同步滑模控制研究
关键词：	汽车工业;电泳涂装输送机构;同步控制;滑模控制
摘要：	近年来，现代化汽车涂装工艺迅速发展，而输送系统贯穿于涂装生产线的全过程，但现有汽车电泳涂装输送系统如RoDip输送机和多功能穿梭机等都是悬臂梁串联结构，承受重载荷、大载荷的能力较差，柔性化水平不高。本课题组在国家自然科学基金项目(51375210)资助下，从汽车电泳涂装输送设备的基础机构构型创新及其相关控制理论着手，研究探索一种或一类结构简单、承载能力强、车型适用性广、柔性化水平高的新型电泳涂装输送设备。　　与串联机构相比，并联机构具有刚度大、无累积误差、承载能力强等优点，然而也存在工作空间小、结构尺寸偏大、传动环节过多等缺陷，使得并联机构的应用受到很大限制。混联机构兼具串联机构和并联机构的优点，正成为国内外研究热点。混联机构以并联机构为主体，因此对混联机构的研究主要集中于并联机构。混联机构中的并联机构为多支路的闭链结构，各支路间通常存在耦合作用，因此各支路执行机构间的同步协调性影响着系统的整体性能。目前，在具有多执行机构的并/混联机构及其装备的控制器设计中，各执行机构的控制回路仅接收所控关节的局部反馈信息，没有来自与其他执行机构相对应的其他关节的反馈信息，因此，某个执行机构的控制回路中的干扰所引起的误差，仅在该回路得以纠正，其他控制回路并不响应。由于并/混联机构的末端轨迹由所有执行机构的运动决定，因此所有主动关节应同步控制才能高精度地跟踪期望轨迹，否则跟踪精度会由于各主动关节运动的不协调而有所降低，严重时，如主动副具有高加速度时，甚至损坏机械结构。本文所研究的以两边对称结构形式实现汽车电泳涂装输送的混联机构，对其同步协调性有着较高的要求。为此，为实现新型混联式汽车电泳涂装输送机构的高性能控制，本文在设计混联机构控制策略时，通过引入同步控制理论，并与滑模控制理论相结合，以在实现对混联机构稳定跟踪控制的同时进一步提高系统的同步协调性能。　　本文首先阐述了汽车电泳涂装设备、混联机构、同步控制的发展和研究概况;针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构，建立了运动学逆解模型、雅克比矩阵、运动学正解模型，并对输送机构的位置逆解模型进行了MATLAB仿真，仿真结果验证了位置逆解模型的正确性;其次，采用拉格朗日法建立了输送机构笛卡尔空间动力学模型和关节空间动力学模型，并基于MATLAB对所建立模型进行了仿真分析，仿真结果验证了所建立模型的可靠性;接着，为解决输送机构主动关节之间的同步误差问题，设计了一种基于同步误差的滑模控制，此外，为进一步提高系统的同步协调性能，又设计了一种考虑连接杆两端同步误差的新型同步滑模控制，并基于MATLAB进行了仿真比较分析，仿真结果表明，由于进一步减小了连接杆两端的同步误差，该控制算法具有更高的跟踪精度，从而进一步提高了输送机构的同步协调运动性能;然后，采用“工控机+运动控制器UMAC”分布式控制方式，完成了输送机构控制系统硬件设计，并采用VC++作为工控机的软件开发环境，采用Pewin32Pro作为UMAC编程工具，完成了输送机构控制系统软件设计，最后基于ADAMS建立了输送机构的虚拟样机模型，并完成输送机构的运动仿真及动力学仿真，仿真结果验证了所设计控制算法的可行性。
作者：	吴欣桐
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：	2015
正文语种：	中文