混聯(lián)式輸送機構的計算機控制系統(tǒng)構建及考慮執(zhí)行器飽和的控制研究.pdf

1、現(xiàn)有汽車電泳涂裝輸送系統(tǒng)多為懸臂梁結構，承受重載荷、大載荷的能力較差，柔性化水平不高。本課題組在國家自然科學基金項目(51375210)的資助下，利用混聯(lián)機構具有高剛度、高承載、動態(tài)特性好、易于實現(xiàn)多自由度、多模式運動的特點，研制了一種結構簡單、承載能力強、柔性化水平高、車型適用范圍廣的新型混聯(lián)式汽車電泳涂裝輸送機構。
　　針對本課題組所研制的混聯(lián)式輸送機構，在構建其計算機控制系統(tǒng)時，考慮到混聯(lián)式輸送機構控制系統(tǒng)采用基于動力學模型

2、的控制算法，對控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和實時控制能力要求較高，為此，本文研究采用“上位機(個人計算機)+下位機(UMAC多軸運動控制器)”的分布式控制方式構建混聯(lián)式輸送機構計算機控制系統(tǒng)。其中，上位機通過以太網(wǎng)與UMAC進行通訊，完成系統(tǒng)初始化、參數(shù)管理、代碼編譯及機構運行狀態(tài)實時監(jiān)控等任務；下位機為UMAC多軸運動控制器，完成插補運算、多軸運動控制等實時性任務。該控制方式既充分利用了上位機的輸入、顯示等功能，又發(fā)揮了UMAC穩(wěn)定性高、實時性

3、強等特性。
　　對于一個實際工程系統(tǒng)，執(zhí)行器的輸出存在限幅，當系統(tǒng)控制輸出量超出執(zhí)行器輸出的上下限時，執(zhí)行器就會發(fā)生輸出飽和現(xiàn)象。執(zhí)行器飽和特性的存在會降低系統(tǒng)的控制性能，因此針對執(zhí)行器存在飽和特性的問題，本文設計一種執(zhí)行器飽和補償系統(tǒng)以消除執(zhí)行器飽和特性對控制系統(tǒng)的影響。然后，將執(zhí)行器飽和補償系統(tǒng)與滑?？刂葡嘟Y合，針對混聯(lián)式輸送機構設計一種考慮執(zhí)行器飽和的滑?？刂破?，以實現(xiàn)混聯(lián)式輸送機構的高性能控制。本文的研究不僅具有一定的理論

4、價值，而且具有一定的工程實用價值。
　　本文主要研究內容及成果包括：
　　(1)針對新型混聯(lián)式輸送機構，研究采用“上位機(個人計算機)+下位機(UMAC多軸運動控制器)”的分布式結構構建混聯(lián)式輸送機構控制系統(tǒng)硬件平臺。
　　(2)基于所構建的硬件平臺，研究設計混聯(lián)式輸送機構控制系統(tǒng)軟件。
　　(3)針對新型混聯(lián)式輸送機構，以被輸送汽車車身為負載，對輸送機構進行運動學分析，并求得該機構的速度雅克比矩陣。然后，在運動

5、學分析的基礎上，研究采用拉格朗日法建立混聯(lián)式輸送機構在笛卡爾空間的動力學模型，并進一步求得混聯(lián)式輸送機構在關節(jié)空間的動力學模型。最后，利用MATLAB軟件對所建立的運動學模型、動力學模型分別進行仿真。仿真結果驗證了所建立運動學模型和動力學模型的正確性。
　　(4)針對因控制器輸出控制量過大而造成執(zhí)行器飽和的問題，設計一種執(zhí)行器飽和補償系統(tǒng)，以消除執(zhí)行器飽和特性對控制系統(tǒng)的影響；然后，將執(zhí)行器飽和補償系統(tǒng)與滑?？刂葡嘟Y合，針對混聯(lián)式