并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的多模型切換控制

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摘要：同串聯(lián)機構(gòu)相比，并聯(lián)機構(gòu)具有剛度大、精度高、承載能力強等特點，這些特點使得并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。但并聯(lián)機構(gòu)作為一類多變量、多自由度、多參數(shù)耦合的非線性系統(tǒng),對其控制策略的研究與串聯(lián)機構(gòu)相比要復(fù)雜的多。由于對非線性時變系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的控制方法存在瞬態(tài)響應(yīng)差的問題，因此，提出了一種實時性良好的多模型切換控制算法。
本文以一種新型并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)為研究對象，采用多模型切換控制算法對其進行控制研究。首先，本文簡要介紹了汽車電泳涂裝輸送設(shè)備的發(fā)展，并聯(lián)機構(gòu)的特點及其控制的研究現(xiàn)狀。然后，介紹了并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)所采用的“PC+運動控制卡”的分布式硬件系統(tǒng)，并對其關(guān)鍵部位進行了詳細(xì)描述。其次，對該并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)進行了運動學(xué)分析，并對升降和翻轉(zhuǎn)兩個子系統(tǒng)分別建立動力學(xué)模型。最后，基于多模型切換控制方法，設(shè)計了兩個子系統(tǒng)的控制算法，并利用MATLAB進行仿真試驗。通過與整體計算力矩仿真對比，其結(jié)果表明了對該并聯(lián)式電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)采用多模型切換控制不僅具有較高的控制精度，而且具有良好的實時性。
關(guān)鍵詞：汽車電泳涂裝輸送，并聯(lián)機構(gòu)，運動學(xué)，動力學(xué)，多模型切換


Abstract: Compared with the serial mechanism, parallel mechanism has the advantages of high rigidity, high precision, strong bearing capacity. These advantages make the application of parallel mechanism very extensive. But the parallel mechanism as a kind of nonlinear system with multi variables, multi degree of freedom, multi parameter coupling, its control strategy compared to the serial mechanism is more complex. Using traditional control method in nonlinear time-varying system will cause poor transient response, so we presents a kind of multi-model switching control algorithm which has a good real-time.
This paper focuses on a new type of parallel mechanism for automobile electro-coating conveying as the research object and adopts the multi-model switching control algorithm to do some research on its control. Firstly, this paper briefly introduces the development of the automobile electro-coating conveying mechanism and the research status of the control in parallel mechanism. Then, “PC+multi-axis motion controller” hardware platform is introduced and the key parts of this platform are chosen. After that, based on the Lagrange dynamic model, the parallel mechanism for automobile electro-coating conveying  kinematics is analyzed and the lifting and turning two subsystems dynamic model are established respectively. Finally, based on the multi-model switching control method, the control algorithms of the two subsystems are designed, and the MATLAB simulation experiment is conducted. Compared with the computed torque control, using multi-model switching control in this parallel mechanism control system not only make the control precision high, but also make the real-time performance good.

Keywords: automobile electro-coating conveying, parallel mechanism, kinematics, dynamics,
multi-model switching


目 錄
第一章 緒 論 1
1.1 汽車電泳涂裝輸送設(shè)備概述 1
1.2 并聯(lián)機構(gòu)概述 3
1.2.1 并聯(lián)機構(gòu)定義 3
1.2.2 并聯(lián)機構(gòu)特點 4
1.2.3 并聯(lián)機構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.3 本課題研究主要內(nèi)容 6
第二章 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)的硬件平臺 7
2.1 引 言 7
2.2 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)簡介 7
2.3 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理 9
2.3.1 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)的硬件平臺 9
2.3.2 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)的運行原理 10
2.4 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)控制系統(tǒng)的硬件選型 10
2.4.1 工控機IPC 10
2.4.2 UMAC運動控制器 10
2.4.3 交流伺服系統(tǒng) 12
2.4.4 編碼器 13
2.5 本章小結(jié) 13
第三章 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的運動學(xué)與動力學(xué)分析 14
3.1 引言 14
3.2 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的運動學(xué)分析 14
3.2.1 運動學(xué)反解 14
3.2.2 運動學(xué)正解 15
3.3 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的動力學(xué)分析 17
3.3.1 并聯(lián)機構(gòu)動力學(xué)建模方法 17
3.3.2 拉格朗日法動力學(xué)建?；驹?18
3.3.3 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的拉格朗日法動力學(xué)建模 18
3.4 本章小結(jié) 25
第四章 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)多模型切換控制策略設(shè)計 26
4.1 引言 26
4.2 多模型切換控制概述 26
4.2.1 多模型切換控制的產(chǎn)生及其研究現(xiàn)狀 26
4.2.2 多模型切換控制的定義 27
4.2.3 多模型切換控制設(shè)計步驟及其結(jié)構(gòu) 28
4.2.4 多模型切換控制的特點 28
4.3 兩個控制子系統(tǒng)的控制算法設(shè)計 29
4.3.1 升降控制系統(tǒng)算法設(shè)計 29
4.3.2 翻轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)算法設(shè)計 30
4.3.3 切換策略設(shè)計及分析 32
4.4 本章小結(jié) 33
第五章 并聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構(gòu)的 多模型切換控制仿真結(jié)果及分析 34
5.1 引言 34
5.2 構(gòu)建仿真模型 34
5.3 仿真試驗結(jié)果及其分析 35
5.3.1 仿真結(jié)果 35
5.3.2 仿真結(jié)果分析 37
5.4 本章小結(jié) 37
結(jié) 論 38
致 謝 39
參 考 文 獻(xiàn) 40