[发明专利]一种混联式汽车电泳涂装输送机构的抗干扰同步滑模控制方法

说明书

本发明公开一种混联式汽车电泳涂装输送机构的抗干扰同步滑模控制方法，首先，针对该混联式汽车电泳涂装输送机构，采用拉格朗日法建立了含集总扰动项的动力学模型，并对该机构进行运动轨迹规划；然后，利用编码器检测结果计算得到各主动关节跟踪误差，并定义一种耦合误差；接着，基于该耦合误差设计交叉耦合同步滑模控制器；基于动力学模型，设计一种非线性扰动观测器；进一步，结合交叉耦合同步滑模控制器和非线性扰动观测器，构成抗干扰同步滑模控制器；最后，通过软件编程，实现该输送机构的抗干扰同步滑模控制。本发明不仅能提高输送系统的同步性能，同时还能增强系统的鲁棒性和抗干扰能力，并抑制滑模控制抖振和控制系统执行器饱和等问题。

技术领域

本发明涉及汽车电泳涂装技术领域，尤其涉及一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构的运动控制方法，着重提高输送机构控制系统的同步协调性能和抗干扰性能。

背景技术

混联机构兼有并联机构高刚度、高精度、高承载能力和串联机构工作空间大、运动灵活等优点，得到了越来越广泛的应用。混联式汽车电泳涂装输送机构可解决采用悬臂梁结构的现有电泳涂装输送设备承受重载荷能力较差、柔性化水平不高等问题，从而提升汽车电泳涂装输送性能。但混联式汽车电泳涂装输送机构有多个主动关节，且具有两边对称的机械结构，各主动关节之间的同步协调性直接影响系统的可靠性、安全性以及控制精度。此外，混联式汽车电泳涂装输送机构具有高度非线性、强耦合性以及多变量等特性，在实际控制中面临关节摩擦、负载变化、未建模动态以及未知环境随机干扰等诸多不确定因素。这些不确定因素易导致混联式汽车电泳涂装输送机构各关节运动不精确，严重时甚至导致整个系统的不稳定。

“一种汽车电泳涂装输送机构同步滑模控制”(高国琴，吴欣桐，信息技术，2016，pp.25-30)一文中针对混联式汽车电泳涂装输送机构的结构特点及运动特点，将耦合误差与滑模控制相结合提出一种同步滑模控制方法。该方法主要存在两点不足：1)该同步滑模控制方法所定义的耦合误差中只包含对应主动关节与其相邻的一个主动关节之间的同步误差，在相邻主动关节跟踪误差相同时，二者间的同步误差将不能消除；2)该同步滑模控制方法抗干扰能力较差，当系统存在未建模动态、关节摩擦和外部干扰等不确定因素时，虽然可以通过调高滑模切换增益，以维持一定的系统鲁棒性，但过高的切换增益容易引起抖振和执行器饱和等问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构，提出一种抗干扰同步滑模控制方法，以在保证系统良好同步性能的同时提高系统的鲁棒性和抗干扰能力，并抑制滑模控制抖振和执行器饱和等问题。

一种混联式汽车电泳涂装输送机构的抗干扰同步滑模控制方法，包括如下步骤：

1)以混联式汽车电泳涂装输送机构为被控对象，以被输送汽车白车身和车身固定架为负载，采用拉格朗日法建立含未建模动态、摩擦力以及外界随机干扰的机构动力学模型；

2)根据汽车电泳涂装工艺要求，对该机构末端执行器(连接杆中点)进行轨迹规划，并通过运动学反解，确定在实现机构末端执行器期望运动过程中各主动关节的期望运动轨迹；

3)利用绝对位置编码器检测混联式汽车电泳涂装输送机构各主动关节驱动电机的实际运动状态，并计算出各主动关节期望运动与实际运动的偏差；

4)建立混联式汽车电泳涂装输送机构各主动关节之间的同步误差，并结合该同步误差和关节跟踪误差，定义一种耦合误差；

5)基于耦合误差的开关曲面函数，以及步骤1)所建立的动力学模型，设计交叉耦合同步滑模控制律；

6)基于步骤1)所建立的动力学模型，设计一种非线性扰动观测器，用以消除系统中存在的诸多不确定因素；

7)基于步骤5)和步骤6)构成抗干扰同步滑模控制器；

8)通过软件编程，实现混联式汽车电泳涂装输送机构的抗干扰同步滑模控制。