[发明专利]混联式汽车电泳涂装输送机构基于综合误差的同步协调滑模控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电泳涂装输送技术领域，尤其涉及一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构的同步协调滑模控制方法。

背景技术

目前，先进的汽车电泳涂装输送机，如RoDip输送机和多功能穿梭机，由于采用悬臂梁结构，存在承受大载荷、重载荷能力较差以及柔性化水平不高等缺点。因此，一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构被研制以弥补上述输送设备的不足。

混联机构是含多条运动支链的复杂系统，各运动支链间具有耦合作用，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，因此有必要解决混联机构的同步协调控制问题。

文献《双起升桥吊双吊具同步协调控制》(徐攀等，控制理论与应用.2013年10月，第30卷第10期，第1300-1308页)基于双吊具的非线性感应电机动态数学模型及其耦合动力学模型，提出了一种时变分层增量式滑模控制和自适应补偿相结合的双吊具同步协调控制方法。

文献《基于模糊控制的多电机神经元PID同步控制》(催皆凡等，组合机床与自动化加工技术.2013年2月，第2期，第81-83+87页)设计了神经元PID控制器与基于模糊控制的速度补偿器，通过将二者相结合，解决了传统耦合的多电机常规PID同步控制在动载荷扰动控制过程中一旦确定便不能在线实时调整、抗干扰能力差等不足。

但上述相关同步协调控制技术，都是将交叉耦合控制技术与鲁棒控制技术相结合，只能保证各主动关节之间的同步协调性。而在新型混联式汽车电泳涂装输送机构中，两组并联式升降翻转机构间通过连接杆相连，连接杆上安放车体固定架及待涂装输送的白车身，若采用现有交叉耦合同步误差设计同步协调控制器，将只能实现两边机构中各主动关节间的同步协调性，难以保证机构末端即最终实现车身输送的轨迹跟踪运动精度。因此上述方法不能很好地适用于本发明涉及的混联式汽车电泳涂装输送机构，或应用于该输送机构后难以获得较好的运动控制效果。

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，定义了一种结合机构末端跟踪误差和末端轮廓误差的综合误差，进一步提出一种基于综合误差的同步协调滑模控制方法，以有效提高输送机构末端的运动控制精度，实现高精度汽车电泳涂装输送。

上述混联式汽车电泳涂装输送机构基于综合误差的同步协调滑模控制方法，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，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输送机构动力学模型；

2)根据汽车电泳涂装工艺要求和机构机械设计参数确定输送机构末端的期望运动轨迹，并通过运动学反解得到各主动关节的期望运动轨迹；

3)利用编码器反馈的各电机位置、速度信息计算各主动关节实际运动状态，通过运动学正解得到输送机构末端实际运动轨迹，基于步骤2)计算输送机构末端轨迹跟踪误差；

4)为提高混联式汽车电泳涂装输送机构的同步协调性能和机构末端的运动控制精度，定义一种轮廓误差，并提出一种机构末端轮廓误差估算方法；

5)基于步骤3)和步骤4)，定义一种结合机构末端跟踪误差和轮廓误差的综合误差；

6)基于步骤1)和步骤5)，进一步设计基于综合误差的新型同步协调滑模控制器；

7)基于步骤6)，通过软件编程，实现混联式汽车电泳涂装输送机构基于综合误差的同步协调滑模控制。

进一步，所述步骤1)中，采用拉格朗日法建立升降翻转机构关节空间动力学模型为：

式中，x，分别为各主动关节实际运动位姿、速度和加速度向量，且有(x_i单位为m，单位为rad)；M(x)，G(x)分别为不考虑未建模动态时的惯性矩阵、哥氏力和离心力项以及重力项；τ为关节轴向驱动力向量，即系统的控制输入(单位为N.m)；D(t)为摩擦力项，其中F_c为库伦摩擦力矩阵(单位为N.m)，B_c为粘度系数矩阵(单位为N.s)；F(t)为外界扰动项(单位为N.m)。