滑模变结构控制在喷浆机器人中的应用研究

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煤矿井下巷道广泛采用锚喷支护的方式。用人工进行喷射混凝土作业,存在回弹率高,施工质量难以保证,工作环境恶劣等弊端。因此,采用机器人进行喷浆作业,已成为一种发展趋势。滑模变结构控制从上世纪五十年代出现,到七十年代开始快速发展,因其具有许多优秀的动态品质而受到控制界的重视,并一直是人们研究的热点之一。  本文首先对滑模变结构控制方法进行了探讨和分析,主要包括滑模变结构控制的基本问题、滑模变结构控制的动态品质、滑模变结构控制的不变性和滑模变结构控制的抖振问题等。对滑模变结构控制应用的相关问题也进行了探讨,并将其应用到喷浆机器人的控制上。对喷浆机器人进行了建模,经过分析和研究,用虚拟弹簧法建立了喷浆机器人大臂的等效机构,建立了喷浆机器人动力学方程,并结合喷浆机器人特有的约束条件对动力学方程进行了解耦。同时,分析研究了喷浆机器人液压驱动器的动态和动力学特性,给出了它的动态方程。进而把机器人的动力学方程和液压驱动器的动态方程相结合,得到了整个系统的动态方程。  对喷浆机器人的大臂进行了滑模变结构控制,具体包括切换函数的设计,控制律的设计和稳定性分析。主要分为如下几种滑模变结构控制方法:基于趋近律的滑模控制、准滑模控制、一般的滑模控制、快速Terminal滑模控制、具有鲁棒性的全局快速Terminal滑模控制、动态Terminal滑模控制、以及非奇异Terminal滑模控制。使用Matlab对喷浆机器人的滑模变结构控制进行了仿真。仿真实验表明,文中提出和设计的滑模变结构控制应用于喷浆机器人是切实可行的,并具有优良的控制品质。对喷浆机器人的液压驱动系统和电控系统进行了介绍。使用嵌入式系统,实现了对喷浆机器人的滑模变结构控制,验证了滑模控制的有效性和优良品质。
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