1.一种汽车电泳涂装输送混联机构抗时变干扰控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)针对汽车电泳涂装输送混联机构,采用解析法对混联机构进行逆运动学分析,进一步求得雅可比矩阵;
2)采用拉格朗日法建立关节空间下考虑时变匹配和时变非匹配干扰因素的具时变干扰混联机构动力学模型;
3)基于步骤2)所建立的具时变干扰混联机构动力学模型,通过将时变非匹配干扰及其导数分别扩展为系统状态,建立混联机构动力学扩展状态空间模型,设计一种具有统一带宽参数的广义比例积分观测器,以对时变非匹配干扰及其导数进行估计;
4)基于步骤3)中时变非匹配干扰估计信息,将时变非匹配干扰估计值引入到滑模变量设计中,以构建抗时变干扰控制的滑模面;
5)基于步骤2、3、4)中设计的具时变干扰混联机构动力学模型、抗时变干扰控制的滑模面,结合时变非匹配干扰导数估计值,设计混联机构抗时变干扰控制器;
6)通过软件编程,实现一种汽车电泳涂装输送混联机构抗时变干扰控制;
所述步骤2)中,根据拉格朗日函数定义,考虑混联机构系统在运行过程中受包含摩擦力、建模误差的时变匹配干扰影响,建立关节空间下具时变干扰混联机构动力学模型:式中,M(x)为名义惯性矩阵; 为名义哥氏力和离心力项;G(x)为名义重力项;ΔM(x)、 ΔG(x)为建模误差; 表示摩擦力项,单位为N·m;x、 和 分别为主动关节位姿、速度、加速度向量;τ为主动关节对应电机的驱动力矩,单位为N·m;
另考虑到液阻时变非匹配干扰直接作用于混联机构末端,影响末端位姿速度且与控制输入不在同一通道,易出现负载脱钩、倾斜或颠覆问题;为此,进一步建立关节空间下考虑时变匹配干扰与时变非匹配干扰的具时变干扰混联机构动力学模型:式中,x1为主动关节位姿向量; 为主动关节位姿向量的导数;x2为主动关节速度向量;
‑1
为主动关节加速度向量;f(x1,x2)=‑M(x1) (C(x1,x2)x2+G(x1))为系统非线性固有动力‑1学;b=M(x1) 为惯性矩阵的逆矩阵;u=τ为电机驱动力矩,单位为N·m;d1为时变非匹配干扰,直接影响主动关节位姿向量与速度向量的导数关系,且与控制输入u处于不同通道;
为包含关节摩擦、建模误差的集总
时变匹配干扰项;
所述步骤4)中,还包括基于所设计的具时变干扰混联机构动力学模型,将时变非匹配干扰d1的第0、1阶导数分别扩展为系统状态x3、x4,得到混联机构动力学扩展状态空间模型为:式中,x3为时变非匹配干扰即x3=d1;x4为时变非匹配干扰导数即设计具统一带宽参数广义比例积分观测器以估计时变非匹配干扰d1及其导数式中, 分别为x1、x3、x4的估计值; 为观测误差;wo为观测器带
2 3
宽;l1,l2,l3为观测器增益参数且l1=3wo,l2=3wo,l3=wo;
所述步骤4)中,结合时变非匹配干扰估计值 即 设计抗时变干扰控制的滑模变量ST=[S1,S2,S3,S4,S5,S6]为:
式中,m1、m2、αs、βs为可调参数且m1>1、0<m2<1、αs>0、βs>0;ε为小的正常数;
均为变增益参数;x1为主动关节位姿向量,xd为主动关节期望位姿向量,e=x1‑xd为主动关节跟踪误差向量; 为主动关节速度误差向量;λ1(e)、λ2(e)为基于主动关节跟踪误差向量所设计的切换项分段表达式;
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤5)中,基于所设计的具时变干扰混联机构动力学模型和抗时变干扰控制的滑模面,结合时变非匹配干扰导数估计值 即设计混联机构抗时变干扰控制器为:式中,m3、m4、αr、βr为可调参数且m3>1、0<m4<1、αr>0、βr>0;H>0为切换增益参数;
为变增益参数;
进而在设计的抗时变干扰控制方法的作用下,系统状态在固定时间T1内到达滑模面,随后沿着滑模面在固定时间T2内收敛到残差集Σ,因此系统在固定时间T内稳定,T≤Tmax=T1+T2;
其中,残差集Σ为系统状态收敛至平衡点附近的特定区域,T1为系统状态到达滑模面所需时间上界,T2为系统状态沿着滑模面收敛到残差集Σ所需时间上界,T为系统稳定所需时间上界。