新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制研究

发布时间：2017-10-11 17:37

  本文关键词：新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制研究

  更多相关文章： 混联机构 动力学模型 机电耦合 趋近律控制 ADAMS UMAC

【摘要】：在汽车车身的涂装过程中,机械化输送系统是电泳涂装输送生产线的大动脉,贯穿于电泳涂装输送生产线的全过程。目前用于连续式生产的汽车电泳涂装输送系统如RoDip输送机和多功能穿梭机均采用悬臂梁结构,难以承受重载荷与大载荷,且柔性化水平较低。本课题组在国家自然科学基金项目(51375210)资助下,与清华大学合作,从汽车电泳涂装输送设备的基础机构构型创新及相关控制理论着手,研制一种结构简单、承载能力强、车型适用性广、柔性化水平高的新型混联式汽车电泳涂装输送机构。本文以新型混联式汽车电泳涂装输送机构为研究对象,着重研究新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制。本课题组之前的研究多集中在机构部分,未从建模角度直接考虑驱动电机的耦合作用,但机电耦合的存在对新型输送机构的控制性能有较大影响,为此,本文将同时考虑输送机构的动力学特性和交流伺服电机的作用,研究建立新型混联式汽车电泳涂装输送机构机电耦合动力学模型。另外,考虑到滑模变结构控制具有对外界干扰及系统参数变化不敏感、能进行快速响应、不需要在线进行参数辨识等优点,可有效解决具有不确定性的混联机构的控制问题。但滑模面的存在条件保证了系统在任意的初始位置能够在有限时间内到达滑模面,却不能反映出运动点到达滑模面的具体轨迹。为此,本文针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构研究设计一种基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制器。为了验证所设计控制器的可行性,本文基于ADAMS虚拟样机模型得到在趋近律滑模控制作用下机构末端(连接杆中点)位姿各分量的运动轨迹,并与在趋近律滑模控制作用下利用MATLAB仿真得到的运动轨迹进行比较。本文的研究为实现新型混联式汽车电泳涂装输送机构在汽车涂装工业中的实际应用奠定了基础。本文首先阐述了汽车电泳涂装输送设备、混联机构和动力学建模方法的研究概况;接着针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构进行运动学分析,并利用MATLAB软件进行仿真,仿真结果验证了所建立运动学模型的正确性;然后,采用Lagrange法推导建立了新型混联式汽车电泳涂装输送机构的动力学模型,另外,考虑到驱动电机性能对新型混联式汽车电泳涂装输送机构的运行有着重要影响,建立了新型混联式汽车电泳涂装输送机构机电耦合动力学模型,并利用MATLAB软件对机构的机电耦合动力学模型进行了仿真,仿真结果验证了所建立模型的可靠性及考虑机电耦合的必要性;其次,在新型输送机构机电耦合动力学模型的基础上,为获得更好的控制性能,解决具有不确定性的混联机构的控制问题,研究设计了一种基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制器,并运用MATLAB软件进行了仿真,仿真结果表明基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制策略能使输送机构具有良好的控制性能;之后,利用ADAMS软件对输送机构进行虚拟样机建模及动力学仿真,验证了针对输送机构所设计控制器的可行性;最后,研究采用“PC+UMAC”分布式控制方式完成输送机构控制系统硬件设计,并在硬件平台上,以Visual C++为开发环境和调试工具,开发上位机软件,以Pewin32Pro为开发工具,开发输送机构的运动控制程序。同时,在完成新型输送机构控制系统设计的基础上,构建新型输送机构实验平台,并基于该实验平台完成新型输送机构运动控制实验,从而进一步验证了本文针对新型混联式汽车电泳涂装输送机构所设计的基于机电耦合动力学模型的趋近律滑模控制器的正确性和有效性。
【关键词】：混联机构 动力学模型 机电耦合 趋近律控制 ADAMS UMAC
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U468.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 汽车电泳涂装输送设备概述11-13
• 1.3 混联机构概述13-15
• 1.3.1 混联机构的研究现状13-15
• 1.4 动力学建模方法概述15-16
• 1.5 运动控制策略概述16
• 1.6 本文的研究内容、目的及意义16-18
• 1.6.1 本文的研究内容16-17
• 1.6.2 本文的研究目的及意义17-18
• 1.7 本章小节18-19
• 第二章 新型混联式汽车电泳涂装输送机构运动学分析19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 新型混联式汽车电泳涂装输送机构19-20
• 2.3 升降翻转机构位置分析20-24
• 2.3.1 升降翻转机构位置逆解20-22
• 2.3.2 升降翻转机构位置正解22-23
• 2.3.3 升降翻转机构雅克比矩阵23-24
• 2.4 升降翻转机构运动学仿真24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 新型混联式汽车电泳涂装输送机构机电耦合动力学建模28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 输送机构动力学建模28-34
• 3.2.1 拉格朗日法原理28-29
• 3.2.2 动力学方程29-34
• 3.3 机构机电耦合动力学建模34-39
• 3.3.1 交流伺服电机动力学模型34-36
• 3.3.2 新型混联式汽车电泳涂装输送机构机电耦合动力学模型36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制研究40-46
• 4.1 引言40
• 4.2 滑模控制基本原理及常规滑模控制器的设计40-41
• 4.3 输送机构的趋近律滑模控制器的设计41-43
• 4.4 趋近律滑模控制器性能仿真试验与分析43-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 基于ADAMS建立机构虚拟样机模型46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 ADAMS软件简介46-47
• 5.2.1 ADAMS软件的特点46
• 5.2.2 ADAMS软件的主要模块46-47
• 5.3 ADAMS建立虚拟样机模型47-50
• 5.3.1 虚拟样机几何模型的创建47-49
• 5.3.2 添加约束49-50
• 5.4 虚拟样机模型的仿真试验与分析50-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第六章 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统构建54-69
• 6.1 引言54
• 6.2 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统设计方案54-55
• 6.3 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统硬件设计55-60
• 6.3.1 上位机开发平台选型55
• 6.3.2 多轴运动控制卡(UMAC)及附卡选型55-57
• 6.3.3 伺服驱动系统57-58
• 6.3.4 位置检测系统58-59
• 6.3.5 电气控制电路59-60
• 6.4 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统软件设计60-66
• 6.4.1 下位机UMAC编程61-63
• 6.4.2 上位机与下位机之间的通讯63-65
• 6.4.3 人机交互界面的设计65-66
• 6.5 新型混联式汽车电泳涂装输送机构控制系统控制实验66-68
• 6.6 本章小结68-69
• 第七章 全文总结69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表论文与成果76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;《电泳涂装技术》书讯[J];汽车工艺与材料;2009年07期

2 ;《电泳涂装技术》书讯[J];汽车工艺与材料;2009年11期

3 ;《电泳涂装技术》书讯[J];汽车工艺与材料;2010年01期

4 ;《电泳涂装技术》书讯[J];汽车工艺与材料;2010年06期

5 ;《电泳涂装技术》书讯[J];汽车工艺与材料;2010年10期

6 ;《电泳涂装技术》书讯[J];汽车工艺与材料;2010年12期

7 翁志川;;多色彩电泳涂装工艺[J];新技术新工艺;1992年03期

8 董子成;钱蓓兰;;关于自行车电泳涂装技术的质量标准[J];中国自行车;1993年06期

9 清水芳次，王伟平;新电泳涂装在电镀制品上的应用[J];电镀与环保;1994年06期

10 冯立明;电泳涂装的工艺管理[J];电镀与精饰;2000年03期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 杨占亚;李瑞玲;刘松;唐红伟;;电泳涂装设计中的结构优化和材料选用问题探讨[A];第七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2010年

2 宋成兵;;大客车电泳涂装新技术[A];2004年中国客车行业发展论坛暨中国客车学术年会论文集[C];2004年

3 吴涛;;电泳涂装技术的发展动态[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

4 莫京辉;;电泳涂装中的节水降耗措施[A];2002热烈庆祝全国化工给排水设计技术中心站成立四十周年技术交流会论文集[C];2002年

5 邱波峡;;浅谈电泳涂装若干点[A];第四届中国重庆涂料涂装学术大会论文集[C];2010年

6 宋华;吴涛;高成勇;魏晓川;庞虹;;电泳涂装在紧固件上的应用研究[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

7 刘腾;;卫星接收系统电泳涂装[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;汽车用板的现代电泳涂装工艺[N];世界金属导报;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 梁炳冬;新型混联式汽车电泳涂装输送机构的机电耦合动力学建模及控制研究[D];江苏大学;2016年

2 程晟;电泳涂装生产线自动化控制系统的设计及应用[D];华东理工大学;2014年

，

本文编号：1013882