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原文传递新型混联式汽车电泳涂装输送机构的多模型切换控制研究

论文题名：	新型混联式汽车电泳涂装输送机构的多模型切换控制研究
关键词：	汽车工业;电泳涂装输送机构;多模型切换控制;动力学模型;安全运行
摘要：	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。　　新型汽车电泳涂装输送机构采用混联机构，结合了串联机构和并联机构的优点，具有可控自由度高、工作空间大、速度快、刚性高等优点。对于混联机构，基于运动学的控制方法控制精度有限，且难以保证混联机构高速运行时的稳定性，为此，基于动力学控制的方法被引入到混联机构控制中。然而，混联机构由于其闭链结构和运动学约束而使其整体动力学模型较为复杂，导致所设计控制系统往往难以满足其实时性要求。针对上述问题，本文以新型混联式汽车电泳涂装输送机构为研究对象，提出一种多模型切换控制方法。本文的研究为解决具有复杂动力学模型的控制系统难以实现动力学实时控制的问题提供了一种解决方案，同时，针对输送机构结构特点和多模式运动特点提出的多模型切换控制方法，便于工程实现，具有较高的工程应用价值。　　本文首先阐述了汽车电泳涂装设备发展概况、混联机构发展及应用、动力学建模和多模型切换系统切换稳定性的研究现状;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;然后，采用拉格朗日法建立了输送机构笛卡尔空间整体动力学模型，并针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构的结构特点、多模式运动特点以及汽车电泳涂装工艺要求，将完整动力学模型分解为翻转系统和升降系统两个子系统模型，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，基于所建立两个动力学子系统模型提出一种多模型切换控制算法，根据不同运动阶段工况的不同，给翻转子系统设计了滑模控制器，给升降子系统设计了计算力矩控制器，根据运动模式设计了切换系统，确定了依据时间切换控制器的切换策略，并利用驻留时间法理论证明了切换系统是输入-状态稳定的，对多模型切换控制系统的仿真结果表明，与整体动力学模型计算时间相比，采用多模型切换控制策略有效缩短了动力学模型计算时间，相应可缩短基于动力学模型所设计控制算法的执行时间，可有效提高控制系统的实时性，此外，在所设计多模型切换控制器作用下，混联机构具有良好的运动控制性能;最后，初步构建了新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统，包括硬件系统和软件系统，并采用ADAMS建立了新型汽车电泳涂装输送混联机构的虚拟样机，完成了对汽车电泳涂装输送混联机构的动力学仿真试验，进一步验证了本文所设计多模型切换控制器的可行性。
作者：	秦天
专业：	电气工程
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