新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及二階滑?？刂蒲芯?pdf

1、現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)，例如懸掛鏈?zhǔn)捷斔拖到y(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(jī)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(jié)構(gòu)，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(lián)機(jī)構(gòu)具有高剛度、高承載、動(dòng)態(tài)特性好、易于實(shí)現(xiàn)多自由度多模式運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51375210)資助下，研發(fā)了一種新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)不僅能夠在電泳過程中消除車頂氣

2、包，還具有承載能力強(qiáng)、柔性化水平高等特點(diǎn)。
　　對于所研發(fā)的新型輸送機(jī)構(gòu)，由于采用混聯(lián)結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)存在高度非線性和強(qiáng)耦合性，當(dāng)輸送機(jī)構(gòu)以較高的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)力學(xué)特性將對運(yùn)動(dòng)控制精度產(chǎn)生較大影響。因此，為保證該輸送機(jī)構(gòu)在各種工況條件和涂裝輸送各過程運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)、可靠、到位準(zhǔn)確，有必要對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)控制研究，以提高輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制性能。然而動(dòng)力學(xué)控制的控制效果依賴于所建立的動(dòng)力學(xué)模型，而新型輸送機(jī)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜空間多鏈機(jī)構(gòu)，更適合從

3、整體上對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述，因此本文從虛能量的角度出發(fā)將整個(gè)系統(tǒng)視為一個(gè)整體，采用結(jié)合旋量理論與虛功原理的方法建立新型輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。另外，在實(shí)際工程系統(tǒng)中常常受到機(jī)構(gòu)參數(shù)攝動(dòng)、內(nèi)部摩擦及外界干擾等不確定因素的影響，傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)控制往往難以實(shí)現(xiàn)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的高性能控制?；？刂茖ν饨绺蓴_及系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感，具有較強(qiáng)魯棒性，且易于實(shí)現(xiàn)，但由于滑模控制律具有不連續(xù)開關(guān)特性，會(huì)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(jī)

4、構(gòu)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(chǔ)上，為進(jìn)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ā１疚牡难芯繛閷?shí)現(xiàn)新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機(jī)構(gòu)在汽車涂裝工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　本文首先綜述了汽車電泳涂裝輸送設(shè)備和混聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用概況，并從運(yùn)動(dòng)學(xué)

5、分析、動(dòng)力學(xué)建模和混聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方法研究三個(gè)方面闡述了混聯(lián)機(jī)構(gòu)相關(guān)理論的研究現(xiàn)狀。接著，介紹了旋量理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和新型輸送機(jī)構(gòu)的工作原理及特點(diǎn)，考慮到新型輸送機(jī)構(gòu)中的行走機(jī)構(gòu)與升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間相互獨(dú)立，分別建立了行走機(jī)構(gòu)與升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。其中，對于行走機(jī)構(gòu)，由于機(jī)構(gòu)相對簡單，根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的幾何特性得出左、右行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度與加速度。而對于升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，考慮到是一個(gè)復(fù)雜空間多鏈機(jī)構(gòu)，更適合從整體上對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述，為此研究采用

6、旋量理論進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。其次，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛功原理法建立了新型輸送機(jī)構(gòu)旋量形式的動(dòng)力學(xué)模型，并對其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建動(dòng)力學(xué)模型的可靠性。然后，為解決傳統(tǒng)滑模控制所固有的抖振問題，針對新型輸送機(jī)構(gòu)研究設(shè)計(jì)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(jìn)行仿真比較，仿真結(jié)果表明該控制器不僅使系統(tǒng)具有較強(qiáng)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(jìn)一步

7、解決基于Super-Twisting算法的二階滑模控制器收斂速度較慢的問題，通過引入非奇異快速終端滑模面，針對新型輸送機(jī)構(gòu)研究設(shè)計(jì)了一種二階非奇異快速終端滑?？刂破?，并利用 Matlab/Simulink軟件進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)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(diǎn)，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(jù)輸送機(jī)構(gòu)的控制要求，構(gòu)建了新型輸送機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成了新型