基于扰动观测器的混联式输送机构自适应反演滑模控制设计

来源 :江苏科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gaccia_zhou
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本文主要研究一种并联机构和串联机构相结合的混联式输送机构。该输送机构具备了刚度较大、承载能力强、成本低、结构稳定等优点,混联机构的研发主要结合了串并联各自的优势,弥补其各自存在的缺陷。由于混联机构通常是一个具有多变量、高度非线性与耦合性的被控对象,混联机构的闭链结构和运动学约束通常使其动力学模型较为复杂,当机构高速运动时,其动力学特性对机构的控制精度和控制性能将产生较大影响,因此有必要对该输送机构进行动力学控制研究。基于混联式输送机构兼具串联机构和并联机构的优点,但其混联式结构使其各支链之间存在强耦合作用,当机构高速运行时,其动力学特性对机构影响显著,因此有必要对该机构进行动力学研究。传统的动力学控制方法控制效果依赖于动力学模型的准确性。混联机构的闭链结构和运动学约束通常使其动力学模型较为复杂,通过反演设计控制器以及Lyapunov函数的过程十分清晰明了,具有系统化、结构化的特点,考虑到滑模控制具有响应快速、对外界扰动和参数变化具有较强的鲁棒性,适应于混联机构的控制。为确保滑模控制的鲁棒性和稳定性,要求滑模控制切换增益需大于不确定性的上界,通常过高的切换增益将会使滑模控制产生抖振问题,为了解决抖振问题和上界值难以预知问题,本文提出一种结合扰动观测器的自适应反演滑模控制算法。本文首先综述了现有汽车电泳涂装输送设备和混联机构的发展概况,其次针对混联输送机构动力学模型进行求解分析,并对所建立动力学模型进行MATLAB仿真,验证所建立模型的可靠性;考虑到混联输送机构动力学模型的复杂性和控制系统中存在的不确定性,引入反演控制算法;但当系统存在摩擦力、外界随机干扰以及建模误差等不确定因素时,由于滑模控制具有响应快速、对外界扰动和系统参数变化具有较强的鲁棒性,为提高机构的控制性能以及增强系统的鲁棒性,本文将滑模控制与反演控制相结合,设计出一种反演滑模控制算法。为确保滑模控制的鲁棒性和稳定性,要求滑模控制切换增益需大于不确定性的上界,通常过高的切换增益将会引起剧烈的抖振现象,为了解决抖振问题和上界值难以预知问题,本文提出一种结合扰动观测器的自适应反演滑模控制算法。引入扰动观测器是为了削弱过高切换增益导致的滑模控制产生的抖振现象,引入自适应律是为了对外界未知扰动上界进行估计,从而提高混联输送机构控制系统的轨迹跟踪性能。通过MATLAB仿真结果表明所设计的结合扰动观测器的自适应反演滑模控制算法可以提高系统的鲁棒性和抗干扰能力,还有效地削弱了抖振现象。最后,根据输送机构的特点,采用“PC+UMAC”的分布式控制方式基于混联输送机构控制系统实验平台,完成了输送机构运动控制实验。实验结果进一步验证了所设计结合非线性扰动观测器的自适应反演滑模控制的可行性与有效性。
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