混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法，对输送机构进行运动学轨迹规划，并采用拉格朗日法建立输送机构含未建模动态、摩擦力以及外界随机干扰的动力学模型；定义耦合强度系数，分析得到输送机构各支路间存在的耦合作用，将动力学模型解耦得到各支路耦合效应产生的耦合力矩，进一步计算得到各支路补偿耦合作用的控制量；为解决输送机构各支路间存在耦合的问题，分别采用分数阶PID控制对输送机构各支路进行独立控制，采用前馈补偿方式消除耦合作用的影响，并采用遗传算法对所设计的控制器参数进行优化。本发明专利技术不仅对外部干扰有着较强的鲁棒性，而且具有更好的轨迹跟踪性能。

Feedforward compensation optimization method of fractional order PID control for hybrid electrophoretic coating transport mechanism

The invention discloses a feedforward compensation optimization of fractional order PID control method of a hybrid vehicle electrophoretic coating conveying mechanism kinematics, trajectory planning of the conveying mechanism, and the establishment of transport mechanism with unmodeled dynamics, friction and external disturbance of the dynamics model with Lagrange method; definition of coupling strength coefficient, analysis of coupled transport mechanism branches exist, the dynamics model is to decouple coupling torque generated in each branch coupling, we can calculate the control quantity of each branch compensation coupling transmission mechanism; in order to solve the problem of coupling between each branch, respectively using fractional order PID control and independent control of each branch conveying mechanism, using the feedforward compensation method to eliminate the influence of coupling, and the parameters of the designed controller is optimized by genetic algorithm . The invention not only has strong robustness to external interference, but also has better track tracking performance.

【技术实现步骤摘要】
混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法
本专利技术涉及一种混联式汽车电泳涂装输送机构的运动控制，尤其涉及一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法。
技术介绍
目前，采用悬臂梁结构的先进汽车电泳涂装输送机存在着承受大载荷、重载荷能力较差以及柔性化水平不高等缺点。因此，一种混联式新型汽车电泳涂装输送机构被研制出来以弥补上述输送设备的不足。输送机构以并联机构为主体，由多条运动支路组成，在机构运行过程中，由于其具有高度非线性、强耦合、时变参数等特性，并存在未知扰动等，其运动控制较为复杂。与工业系统控制常用PID控制技术相比，分数阶PID控制器增大了控制器参数的整定范围，因此对控制参数和被控对象参数的变化具有一定的不敏感性，从而得到更好的控制效果。文献《基于分数阶PID控制器的智能车控制》(吴振宇，控制工程.2011年，第18卷第3期，第401-404页)针对高速行驶智能车的轨迹跟踪要求，利用预瞄跟随理论设计了一种分数阶PID控制器，当智能车模型参数发生变化时，分数阶PID控制器比PID控制器能更好地保证智能车系统的稳定性。文献《自由飞行空间机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据汽车电泳涂装工艺要求和按比例缩小研制的样机参数，确定输送机构连接杆中点的期望轨迹，经运动学逆解，求得各主动关节的期望轨迹，经升降机构丝杠导程和翻转机构减速机减速比转换进一步求得各支路伺服电机角位移的期望轨迹；2)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机构动力学模型；3)基于步骤2)，定义耦合强度系数，分析输送机构各支路间存在的耦合作用，将动力学模型解耦得到各支路耦合效应产生的耦合力矩，进一步计算得到各支路补偿耦合作用的控制量；4)以伺服电...

【技术特征摘要】
1.一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据汽车电泳涂装工艺要求和按比例缩小研制的样机参数，确定输送机构连接杆中点的期望轨迹，经运动学逆解，求得各主动关节的期望轨迹，经升降机构丝杠导程和翻转机构减速机减速比转换进一步求得各支路伺服电机角位移的期望轨迹；2)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机构动力学模型；3)基于步骤2)，定义耦合强度系数，分析输送机构各支路间存在的耦合作用，将动力学模型解耦得到各支路耦合效应产生的耦合力矩，进一步计算得到各支路补偿耦合作用的控制量；4)以伺服电机驱动器和伺服电动机为被控对象，输送机构为负载，建立输送机构各支路伺服电机的数学模型；5)基于步骤3)和步骤4)，为实现输送机构的高精度控制，并且解决输送机构各支路间存在耦合的问题，设计一种结合前馈补偿的分数阶PID控制器；6)基于步骤5)，采用遗传算法优化控制器参数，得到控制器的最优参数；7)通过软件编程，实现混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制。2.根据权利要求1所述的一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，定义耦合强度系数为：式中，ri为耦合强度系数；mij为关节空间质量矩阵M(x)的元素，表示各关节质量；Cij为哥氏力和离心力项的元素，表示各关节哥氏力和离心力矢量,其中i,j＝1,2,3,4,5,6；此时，各主动关节耦合效应产生的等效驱动力矩为：式中，ΔTi为第i个主动关节耦合效应的等效驱动力；mij为关节空间质量矩阵M(x)的元素，表示各关节质量；为第i个主动关节角加速度；为第i个主动关节角速度，其中i,j＝1,2,3,4,5,6。3.根据权利要求1所述的一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，各支路补偿耦合作用的控制量为：Δωdi＝(hiΔTi)/(Jis+Bi)式中，Δωdi为各支路驱动电机在耦合效应下产生的角速度；ΔTi为各支路耦合效应产生的等效驱动力矩；hi为各支路耦合效应产生的等效驱动力矩与驱动电机在耦合效应下产生的转矩之间的转换系数；Ji为各支路电动机轴上的等效总转动惯量；Bi为各支路电动机轴上的等效阻尼系数，上述i＝1,2,3,4,5,6。4.根据权利要求1所述的一种混联式汽车电泳涂装输送机构的前馈补偿优化分数阶PID控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，建立输送机构各支路伺服电机的数学模型为：式中，x1＝θ、分别代表各支路驱动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国琴，冯雷，徐权，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32