[發明專利]一種混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的抗干擾同步滑模控制方法

有效

• 申請號: 201710346254.2
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107065562B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 高國琴;張夢春
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的抗干擾同步滑模控制方法，首先，針對該混聯式汽車電泳涂裝輸送機構，采用拉格朗日法建立了含集總擾動項的動力學模型，并對該機構進行運動軌跡規劃；然后，利用編碼器檢測結果計算得到各主動關節跟蹤誤差，并定義一種耦合誤差；接著，基于該耦合誤差設計交叉耦合同步滑模控制器；基于動力學模型，設計一種非線性擾動觀測器；進一步，結合交叉耦合同步滑模控制器和非線性擾動觀測器，構成抗干擾同步滑模控制器；最后，通過軟件編程，實現該輸送機構的抗干擾同步滑模控制。本發明不僅能提高輸送系統的同步性能，同時還能增強系統的魯棒性和抗干擾能力，并抑制滑模控制抖振和控制系統執行器飽和等問題。

技術領域

本發明涉及汽車電泳涂裝技術領域，尤其涉及一種新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的運動控制方法，著重提高輸送機構控制系統的同步協調性能和抗干擾性能。

背景技術

混聯機構兼有并聯機構高剛度、高精度、高承載能力和串聯機構工作空間大、運動靈活等優點，得到了越來越廣泛的應用。混聯式汽車電泳涂裝輸送機構可解決采用懸臂梁結構的現有電泳涂裝輸送設備承受重載荷能力較差、柔性化水平不高等問題，從而提升汽車電泳涂裝輸送性能。但混聯式汽車電泳涂裝輸送機構有多個主動關節，且具有兩邊對稱的機械結構，各主動關節之間的同步協調性直接影響系統的可靠性、安全性以及控制精度。此外，混聯式汽車電泳涂裝輸送機構具有高度非線性、強耦合性以及多變量等特性，在實際控制中面臨關節摩擦、負載變化、未建模動態以及未知環境隨機干擾等諸多不確定因素。這些不確定因素易導致混聯式汽車電泳涂裝輸送機構各關節運動不精確，嚴重時甚至導致整個系統的不穩定。

“一種汽車電泳涂裝輸送機構同步滑模控制”(高國琴，吳欣桐，信息技術，2016，pp.25-30)一文中針對混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的結構特點及運動特點，將耦合誤差與滑模控制相結合提出一種同步滑模控制方法。該方法主要存在兩點不足：1)該同步滑模控制方法所定義的耦合誤差中只包含對應主動關節與其相鄰的一個主動關節之間的同步誤差，在相鄰主動關節跟蹤誤差相同時，二者間的同步誤差將不能消除；2)該同步滑模控制方法抗干擾能力較差，當系統存在未建模動態、關節摩擦和外部干擾等不確定因素時，雖然可以通過調高滑模切換增益，以維持一定的系統魯棒性，但過高的切換增益容易引起抖振和執行器飽和等問題。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明針對新型混聯式汽車電泳涂裝輸送機構，提出一種抗干擾同步滑模控制方法，以在保證系統良好同步性能的同時提高系統的魯棒性和抗干擾能力，并抑制滑模控制抖振和執行器飽和等問題。

一種混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的抗干擾同步滑模控制方法，包括如下步驟：

1)以混聯式汽車電泳涂裝輸送機構為被控對象，以被輸送汽車白車身和車身固定架為負載，采用拉格朗日法建立含未建模動態、摩擦力以及外界隨機干擾的機構動力學模型；

2)根據汽車電泳涂裝工藝要求，對該機構末端執行器(連接桿中點)進行軌跡規劃，并通過運動學反解，確定在實現機構末端執行器期望運動過程中各主動關節的期望運動軌跡；

3)利用絕對位置編碼器檢測混聯式汽車電泳涂裝輸送機構各主動關節驅動電機的實際運動狀態，并計算出各主動關節期望運動與實際運動的偏差；

4)建立混聯式汽車電泳涂裝輸送機構各主動關節之間的同步誤差，并結合該同步誤差和關節跟蹤誤差，定義一種耦合誤差；

5)基于耦合誤差的開關曲面函數，以及步驟1)所建立的動力學模型，設計交叉耦合同步滑模控制律；

6)基于步驟1)所建立的動力學模型，設計一種非線性擾動觀測器，用以消除系統中存在的諸多不確定因素；

7)基于步驟5)和步驟6)構成抗干擾同步滑模控制器；

8)通過軟件編程，實現混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的抗干擾同步滑模控制。