新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的多模型切換控制研究.pdf

1、現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)如RoDip輸送機和多功能穿梭機等都是懸臂梁串聯(lián)結(jié)構(gòu)，承受重載荷、大載荷的能力較差，柔性化水平不高。本課題組在國家自然科學基金項目(51375210)資助下，從汽車電泳涂裝輸送設備的基礎機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新及其相關(guān)控制理論著手，研究探索一種或一類結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、車型適用性廣、柔性化水平高的新型電泳涂裝輸送設備。
　　新型汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)采用混聯(lián)機構(gòu)，結(jié)合了串聯(lián)機構(gòu)和并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，具有可控自由度高、工作空

2、間大、速度快、剛性高等優(yōu)點。對于混聯(lián)機構(gòu)，基于運動學的控制方法控制精度有限，且難以保證混聯(lián)機構(gòu)高速運行時的穩(wěn)定性，為此，基于動力學控制的方法被引入到混聯(lián)機構(gòu)控制中。然而，混聯(lián)機構(gòu)由于其閉鏈結(jié)構(gòu)和運動學約束而使其整體動力學模型較為復雜，導致所設計控制系統(tǒng)往往難以滿足其實時性要求。針對上述問題，本文以新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)為研究對象，提出一種多模型切換控制方法。本文的研究為解決具有復雜動力學模型的控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)動力學實時控制的問題

3、提供了一種解決方案，同時，針對輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點和多模式運動特點提出的多模型切換控制方法，便于工程實現(xiàn)，具有較高的工程應用價值。
　　本文首先闡述了汽車電泳涂裝設備發(fā)展概況、混聯(lián)機構(gòu)發(fā)展及應用、動力學建模和多模型切換系統(tǒng)切換穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀;其次，針對新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)，建立了運動學逆解模型、雅克比矩陣、運動學正解模型，并對輸送機構(gòu)的位置逆解模型進行了MATLAB仿真，仿真結(jié)果驗證了位置逆解模型的正確性;然后，采用拉格朗

4、日法建立了輸送機構(gòu)笛卡爾空間整體動力學模型，并針對新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、多模式運動特點以及汽車電泳涂裝工藝要求，將完整動力學模型分解為翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)模型，基于MATLAB對所建立模型進行了仿真分析，仿真結(jié)果驗證了所建立模型的可靠性;接著，基于所建立兩個動力學子系統(tǒng)模型提出一種多模型切換控制算法，根據(jù)不同運動階段工況的不同，給翻轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設計了滑?？刂破?，給升降子系統(tǒng)設計了計算力矩控制器，根據(jù)運動模式設計了

5、切換系統(tǒng)，確定了依據(jù)時間切換控制器的切換策略，并利用駐留時間法理論證明了切換系統(tǒng)是輸入-狀態(tài)穩(wěn)定的，對多模型切換控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，與整體動力學模型計算時間相比，采用多模型切換控制策略有效縮短了動力學模型計算時間，相應可縮短基于動力學模型所設計控制算法的執(zhí)行時間，可有效提高控制系統(tǒng)的實時性，此外，在所設計多模型切換控制器作用下，混聯(lián)機構(gòu)具有良好的運動控制性能;最后，初步構(gòu)建了新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件