發(fā)布時間：2017-10-28 08:00

  本文關鍵詞：新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構動力學建模及二階滑模控制研究

  更多相關文章： 混聯機構 動力學建模 旋量理論 二階滑�？刂� Super-Twisting算法

【摘要】：現有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng),例如懸掛鏈式輸送系統(tǒng)和擺桿式輸送系統(tǒng)存在無法根除車頂氣包的問題,而多功能穿梭機和全旋反向浸漬輸送系統(tǒng),雖然解決了車頂氣包問題,但由于采用懸臂梁結構,承受重載荷、大載荷的能力較差,柔性化水平不高。為此,本課題組利用混聯機構具有高剛度、高承載、動態(tài)特性好、易于實現多自由度多模式運動的特點,在國家自然科學基金項目(51375210)資助下,研發(fā)了一種新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構。該機構不僅能夠在電泳過程中消除車頂氣包,還具有承載能力強、柔性化水平高等特點。對于所研發(fā)的新型輸送機構,由于采用混聯結構,機構存在高度非線性和強耦合性,當輸送機構以較高的速度運動時,其動力學特性將對運動控制精度產生較大影響。因此,為保證該輸送機構在各種工況條件和涂裝輸送各過程運行時平穩(wěn)、可靠、到位準確,有必要對該機構進行動力學控制研究,以提高輸送機構的運動控制性能。然而動力學控制的控制效果依賴于所建立的動力學模型,而新型輸送機構是一個復雜空間多鏈機構,更適合從整體上對機構運動進行描述,因此本文從虛能量的角度出發(fā)將整個系統(tǒng)視為一個整體,采用結合旋量理論與虛功原理的方法建立新型輸送機構動力學模型。另外,在實際工程系統(tǒng)中常常受到機構參數攝動、內部摩擦及外界干擾等不確定因素的影響,傳統(tǒng)的動力學控制往往難以實現混聯機構的高性能控制�；？刂茖ν饨绺蓴_及系統(tǒng)參數變化不敏感,具有較強魯棒性,且易于實現,但由于滑�？刂坡删哂胁贿B續(xù)開關特性,會引起系統(tǒng)抖振,影響系統(tǒng)的控制性能。對于上述問題,本文針對新型輸送機構提出一種基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂品椒�,既滿足系統(tǒng)魯棒性要求,又能消除系統(tǒng)抖振。在此基礎上,為進一步提高系統(tǒng)的收斂速度,對于基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂�,通過引入非奇異快速終端滑模面,提出一種二階非奇異快速終端滑�？刂品椒�。本文的研究為實現新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構在汽車涂裝工業(yè)中的實際應用奠定了基礎。本文首先綜述了汽車電泳涂裝輸送設備和混聯機構的發(fā)展及應用概況,并從運動學分析、動力學建模和混聯機構控制方法研究三個方面闡述了混聯機構相關理論的研究現狀。接著,介紹了旋量理論的數學基礎和新型輸送機構的工作原理及特點,考慮到新型輸送機構中的行走機構與升降翻轉機構之間相互獨立,分別建立了行走機構與升降翻轉機構的運動學模型。其中,對于行走機構,由于機構相對簡單,根據行走機構的幾何特性得出左、右行走驅動電機的速度與加速度。而對于升降翻轉機構,考慮到是一個復雜空間多鏈機構,更適合從整體上對機構運動進行描述,為此研究采用旋量理論進行了運動學分析。其次,在運動學分析的基礎上,結合虛功原理法建立了新型輸送機構旋量形式的動力學模型,并對其進行了動力學仿真,仿真結果驗證了所建動力學模型的可靠性。然后,為解決傳統(tǒng)滑�？刂扑逃械亩墩駟栴},針對新型輸送機構研究設計了一種基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破�,并將其與基于趨近律的滑�？刂破鬟M行仿真比較,仿真結果表明該控制器不僅使系統(tǒng)具有較強的魯棒性和更高的穩(wěn)態(tài)精度,而且能夠消除系統(tǒng)抖振。另外,為進一步解決基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破魇諗克俣容^慢的問題,通過引入非奇異快速終端滑模面,針對新型輸送機構研究設計了一種二階非奇異快速終端滑�？刂破�,并利用Matlab/Simulink軟件進行了仿真,仿真結果表明該控制器不僅保持了基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破鞯膬�(yōu)點,還有效提高了收斂速度,具有較優(yōu)的綜合控制性能。最后,根據輸送機構的控制要求,構建了新型輸送機構實驗平臺,并基于該實驗平臺完成了新型輸送機構運動控制實驗。實驗結果進一步驗證了本文針對新型輸送機構所提出的二階非奇異快速終端滑模控制器的可行性和有效性。
【關鍵詞】：混聯機構 動力學建模 旋量理論 二階滑�？刂� Super-Twisting算法
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U468.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 汽車電泳涂裝輸送設備概述12-15
• 1.3 混聯機構的發(fā)展及應用15-19
• 1.3.1 混聯機構概述15-16
• 1.3.2 混聯機構國內外發(fā)展概況16-19
• 1.4 混聯機構相關理論的研究現狀19-25
• 1.4.1 運動學分析19-20
• 1.4.2 動力學建模20-23
• 1.4.3 控制方法研究23-25
• 1.5 本文的研究內容、目的及意義25-27
• 1.5.1 本文的研究內容25-26
• 1.5.2 本文的研究目的及意義26-27
• 1.6 本章小節(jié)27-28
• 第二章 旋量理論基礎28-32
• 2.1 引言28
• 2.2 旋量與剛體運動28-31
• 2.2.1 線矢量與旋量28-29
• 2.2.2 旋量的運算29
• 2.2.3 運動旋量29-30
• 2.2.4 力旋量30-31
• 2.3 螺旋運動方程31
• 2.4 本章小結31-32
• 第三章 新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構運動學分析32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構描述32-34
• 3.3 行走機構運動學分析34-35
• 3.4 升降翻轉機構運動學分析35-42
• 3.4.1 坐標系建立35-36
• 3.4.2 升降翻轉機構位置逆解36-37
• 3.4.3 升降翻轉機構關節(jié)速度分析37-39
• 3.4.4 升降翻轉機構關節(jié)加速度分析39-40
• 3.4.5 各構件速度旋量、加速度旋量40-42
• 3.5 新型輸送機構運動學數值仿真42-48
• 3.5.1 新型輸送機構運動軌跡規(guī)劃43-45
• 3.5.2 運動學仿真與結果分析45-48
• 3.6 本章小結48-49
• 第四章 新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構動力學分析49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 虛功原理49-50
• 4.2.1 虛位移、虛功的概念49-50
• 4.2.2 剛體系的虛功原理50
• 4.3 行走機構動力學建模50-51
• 4.4 升降翻轉機構動力學建模51-54
• 4.4.1 各構件力旋量51-52
• 4.4.2 動力學方程52-54
• 4.5 新型輸送機構動力學模型54-55
• 4.6 新型輸送機構動力學模型的仿真與結果分析55-60
• 4.6.1 新型輸送機構的物理參數55-57
• 4.6.2 新型輸送機構的驅動轉矩57-59
• 4.6.3 位移量x對升降翻轉機構驅動轉矩的影響59-60
• 4.7 本章小結60-62
• 第五章 新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構二階滑模控制研究62-87
• 5.1 引言62
• 5.2 滑�？刂频幕驹�62-69
• 5.2.1 傳統(tǒng)滑模控制基本概念62-64
• 5.2.2 傳統(tǒng)滑�？刂频亩墩駟栴}64-65
• 5.2.3 二階滑模控制基本概念65-67
• 5.2.4 二階滑�？刂频膸追N常用算法67-69
• 5.3 新型輸送機構的傳統(tǒng)滑模控制器設計69-70
• 5.3.1 基于趨近律的滑�？刂坡稍O計69-70
• 5.3.2 基于趨近律的滑模控制器穩(wěn)定性分析70
• 5.4 新型輸送機構的二階滑�？刂破髟O計70-80
• 5.4.1 基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂坡稍O計70-71
• 5.4.2 基于Super-Twisting算法的二階滑模控制器穩(wěn)定性分析71-72
• 5.4.3 基于Super-Twisting算法的二階滑�？刂破鞣抡娣治�72-80
• 5.5 新型輸送機構的二階終端滑�？刂破髟O計80-86
• 5.5.1 二階非奇異快速終端滑�？刂坡稍O計80-81
• 5.5.2 二階非奇異快速終端滑�？刂破鞣�(wěn)定性分析81-82
• 5.5.3 二階非奇異快速終端滑�？刂破鞣抡娣治�82-86
• 5.6 本章小結86-87
• 第六章 新型輸送機構控制系統(tǒng)設計及實驗研究87-112
• 6.1 引言87
• 6.2 新型輸送機構控制系統(tǒng)總體結構87-88
• 6.3 新型輸送機構控制系統(tǒng)硬件設計88-96
• 6.3.1 多軸運動控制器UMAC及擴展板卡選型88-92
• 6.3.2 上位機選型92
• 6.3.3 伺服驅動系統(tǒng)92-94
• 6.3.4 位置檢測裝置94-95
• 6.3.5 控制系統(tǒng)供電電路95-96
• 6.4 新型輸送機構控制系統(tǒng)軟件設計96-104
• 6.4.1 控制系統(tǒng)軟件結構96
• 6.4.2 UMAC運動控制程序開發(fā)96-99
• 6.4.3 上位機軟件設計99-104
• 6.5 新型輸送機構控制實驗研究104-111
• 6.6 本章小結111-112
• 第七章 全文總結112-114
• 參考文獻114-120
• 致謝120-121
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文與成果121

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1 唐香s，

本文編號：1107316