新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構動力學建模及二階滑?？刂蒲芯?pdf

1、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

2、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

3、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。滑?？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

4、構提出一種基于Super-Twisting算法的二階滑模控制方法，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?？刂疲ㄟ^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模控制方法。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

5、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

6、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模控制器進行仿真比較，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

7、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