新型混联式汽车电泳涂装输送机构的全局快速终端滑模控制.doc
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新型混联式汽车电泳涂装输送机构的全局快速终端滑模控制,2.38万字 59页原创作品，独家提交，已通过查重系统 目录摘要ivabstractv第一章 绪论11.1 引言11.2 汽车电泳涂装输送设备的发展概况11.3 混联机构的特点和发展概况51.3.1 混联机构的特点51.3.2 混联机构的发展概况61.3.3 混联机构...
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新型混联式汽车电泳涂装输送机构的全局快速终端滑模控制
2.38万字 59页 原创作品，独家提交，已通过查重系统
目 录
摘要 IV
Abstract V
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 汽车电泳涂装输送设备的发展概况 1
1.3 混联机构的特点和发展概况 5
1.3.1 混联机构的特点 5
1.3.2 混联机构的发展概况 6
1.3.3 混联机构的应用 7
1.4 混联机构建模与控制方法的研究概况 8
1.4.1运动学建模与控制方法 9
1.4.2动力学建模方法 9
1.4.3动力学控制方法 10
1.5 本文的研究内容、目的及意义 12
1.5.1 本文的研究内容 12
1.5.2 本文的研究目的和意义 12
1.6 本章小结 13
第二章 新型输送机构介绍及其运动学建模 14
2.1 引言 14
2.2新型输送机构介绍 14
2.3新型输送机构的运动学建模 15
2.4 本章小结 17
第三章 新型输送机构介绍及其动力学建模 19
3.1 引言 19
3.2新型输送机构的动力学建模 19
3.2.1拉格朗日法原理 19
3.2.2笛卡尔空间内动力学模型的建立 20
3.3.3关节空间内动力学模型的建立 22
3.4 本章小结 22
第四章 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统 24
4.1引言 24
4.2新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统总体结构 24
4.3新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统 26
4.3.1工业控制计算机IPC 26
4.3.2多轴运动控制卡(UMAC) 26
4.3.3伺服控制系统 28
4.3.4绝对位置系统 30
4.4本章小结 31
第五章 新型输送机构的趋近律滑模控制器设计 32
5.1引言 32
5.2滑模控制基本原理 32
5.2.1 滑模定义及数学表达 32
5.2.2 滑模的存在和到达条件 33
5.3新型输送机构趋近律滑模控制器设计 33
5.3.1基于机构动力学模型的等速趋近律滑模控制器设计 34
5.3.2控制算法稳定性证明 35
5.4本章小结 35
第六章 新型输送机构的全局快速终端滑模控制器设计 36
6.1引言 36
6.2新型输送机构的全局快速终端滑模控制器设计 36
6.2.1基于机构动力学模型的全局快速终端滑模控制器设计 36
6.2.2控制算法稳定性证明 37
6.2.3全局快速终端滑模控制器的收敛时间推导 38
6.3本章小结 39
第七章 全局快速终端滑模控制器仿真及分析 40
7.1引言 40
7.2控制系统框图 40
7.3MATLAB仿真模型 40
7.4全局快速终端滑模控制器仿真及分析 41
7.4.1 全局快速终端滑模控制器轨迹跟踪仿真及分析 42
7.4.2全局快速终端滑模控制器轨迹跟踪误差仿真及分析 43
7.4.3全局快速终端滑模控制器有外加扰动时的轨迹跟踪误差仿真及分析 44
7.5本章小结 45
第八章 结论 46
致 谢 48
参考文献 49
摘要 随着汽车制造业的迅速发展，汽车生产商的竞争也日益激烈。汽车车身前处理生产线是汽车生产过程中非常重要的环节，高性能的输送设备能够使汽车车身的电泳效果更好，生产成本更低，从而增强企业竞争力。但现有的汽车电泳涂装输送设备，例如RoDip输送机和多功能穿梭机等，由于采用悬臂梁结构，具有承重能力较差、占地面积大、维护费用高等缺陷。本课题组在国家自然科学基金项目(51375210)资助下，研制了一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构，该机构具有承载能力强、车型适用性广、结构简单、柔性化水平高等优点。
混联机构结合了串、并联机构的特点，具有控制精度高、可控自由度多、工作空间大、承载力强、速度快、刚度高、造价低等诸多优点。但混联机构是一个复杂的空间多链机构，机构各支链之间存在非线性耦合特性，并受未建模动力学、负载扰动、机构关节和伺服摩擦及外界干扰等不确定因素的影响，因此有必要研究设计混联机构的高性能控制器。滑模变结构控制的性能不依赖于被控对象精确数学模型，对外界干扰和参数变化不敏感，具有动态性能好，物理实现简单等优点，本文着重研究混联机构的滑模控制方法，以提高混联机构控制系统的响应速度、跟踪精度和鲁棒性。
本文首先阐述了汽车电泳涂装输送设备、混联机构及其控制方法的发展概况，然后针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构进行运动学分析，得到机构的雅各比矩阵，再采用拉格朗日法建立输送机构笛卡尔空间动力学模型和关节空间动力学模型；之后详细介绍了采用“工控机+多轴运动控制卡(UMAC)”结构的输送机构控制系统；其次，基于系统动力学模型设计出全局快速终端滑模控制器，以使系统状态在有限时间收敛到滑模面上，同时提高系统的跟踪精度，并使系统具有全局鲁棒性，并用Lyapunov稳定性定理证明所设计算法的稳定性，同时推导出该系统状态收敛到滑模面的理论收敛时间，最后通过MATLAB仿真软件将全局快速终端滑模控制器与等速趋近律滑模控制器进行仿真比较，结果表明，全局快速终端滑模控制器能提高系统的响应速度、跟踪精度，并使系统具有全局鲁棒性。
关键词 混联机构 滑模控制 输送机构 动力学模型
2.38万字 59页 原创作品，独家提交，已通过查重系统
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摘要 IV
Abstract V
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 汽车电泳涂装输送设备的发展概况 1
1.3 混联机构的特点和发展概况 5
1.3.1 混联机构的特点 5
1.3.2 混联机构的发展概况 6
1.3.3 混联机构的应用 7
1.4 混联机构建模与控制方法的研究概况 8
1.4.1运动学建模与控制方法 9
1.4.2动力学建模方法 9
1.4.3动力学控制方法 10
1.5 本文的研究内容、目的及意义 12
1.5.1 本文的研究内容 12
1.5.2 本文的研究目的和意义 12
1.6 本章小结 13
第二章 新型输送机构介绍及其运动学建模 14
2.1 引言 14
2.2新型输送机构介绍 14
2.3新型输送机构的运动学建模 15
2.4 本章小结 17
第三章 新型输送机构介绍及其动力学建模 19
3.1 引言 19
3.2新型输送机构的动力学建模 19
3.2.1拉格朗日法原理 19
3.2.2笛卡尔空间内动力学模型的建立 20
3.3.3关节空间内动力学模型的建立 22
3.4 本章小结 22
第四章 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统 24
4.1引言 24
4.2新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统总体结构 24
4.3新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统 26
4.3.1工业控制计算机IPC 26
4.3.2多轴运动控制卡(UMAC) 26
4.3.3伺服控制系统 28
4.3.4绝对位置系统 30
4.4本章小结 31
第五章 新型输送机构的趋近律滑模控制器设计 32
5.1引言 32
5.2滑模控制基本原理 32
5.2.1 滑模定义及数学表达 32
5.2.2 滑模的存在和到达条件 33
5.3新型输送机构趋近律滑模控制器设计 33
5.3.1基于机构动力学模型的等速趋近律滑模控制器设计 34
5.3.2控制算法稳定性证明 35
5.4本章小结 35
第六章 新型输送机构的全局快速终端滑模控制器设计 36
6.1引言 36
6.2新型输送机构的全局快速终端滑模控制器设计 36
6.2.1基于机构动力学模型的全局快速终端滑模控制器设计 36
6.2.2控制算法稳定性证明 37
6.2.3全局快速终端滑模控制器的收敛时间推导 38
6.3本章小结 39
第七章 全局快速终端滑模控制器仿真及分析 40
7.1引言 40
7.2控制系统框图 40
7.3MATLAB仿真模型 40
7.4全局快速终端滑模控制器仿真及分析 41
7.4.1 全局快速终端滑模控制器轨迹跟踪仿真及分析 42
7.4.2全局快速终端滑模控制器轨迹跟踪误差仿真及分析 43
7.4.3全局快速终端滑模控制器有外加扰动时的轨迹跟踪误差仿真及分析 44
7.5本章小结 45
第八章 结论 46
致 谢 48
参考文献 49
摘要 随着汽车制造业的迅速发展，汽车生产商的竞争也日益激烈。汽车车身前处理生产线是汽车生产过程中非常重要的环节，高性能的输送设备能够使汽车车身的电泳效果更好，生产成本更低，从而增强企业竞争力。但现有的汽车电泳涂装输送设备，例如RoDip输送机和多功能穿梭机等，由于采用悬臂梁结构，具有承重能力较差、占地面积大、维护费用高等缺陷。本课题组在国家自然科学基金项目(51375210)资助下，研制了一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构，该机构具有承载能力强、车型适用性广、结构简单、柔性化水平高等优点。
混联机构结合了串、并联机构的特点，具有控制精度高、可控自由度多、工作空间大、承载力强、速度快、刚度高、造价低等诸多优点。但混联机构是一个复杂的空间多链机构，机构各支链之间存在非线性耦合特性，并受未建模动力学、负载扰动、机构关节和伺服摩擦及外界干扰等不确定因素的影响，因此有必要研究设计混联机构的高性能控制器。滑模变结构控制的性能不依赖于被控对象精确数学模型，对外界干扰和参数变化不敏感，具有动态性能好，物理实现简单等优点，本文着重研究混联机构的滑模控制方法，以提高混联机构控制系统的响应速度、跟踪精度和鲁棒性。
本文首先阐述了汽车电泳涂装输送设备、混联机构及其控制方法的发展概况，然后针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构进行运动学分析，得到机构的雅各比矩阵，再采用拉格朗日法建立输送机构笛卡尔空间动力学模型和关节空间动力学模型；之后详细介绍了采用“工控机+多轴运动控制卡(UMAC)”结构的输送机构控制系统；其次，基于系统动力学模型设计出全局快速终端滑模控制器，以使系统状态在有限时间收敛到滑模面上，同时提高系统的跟踪精度，并使系统具有全局鲁棒性，并用Lyapunov稳定性定理证明所设计算法的稳定性，同时推导出该系统状态收敛到滑模面的理论收敛时间，最后通过MATLAB仿真软件将全局快速终端滑模控制器与等速趋近律滑模控制器进行仿真比较，结果表明，全局快速终端滑模控制器能提高系统的响应速度、跟踪精度，并使系统具有全局鲁棒性。
关键词 混联机构 滑模控制 输送机构 动力学模型
