滑模变结构控制在喷浆机器人中的应用分析word格式论文.docx

摘要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。关键词：锚喷支护，滑模变结构控制，喷浆机器人，虚拟弹簧法, Terminal 滑模控 制，抖振，不变性AbstractThe bolting and shotcrete support methods are widely used in the coal mines. There’re many shortcomings when the shotcrete works are conducted manually, mainly include the high rate rebounds of the concrete, difficult to guarantee the quality of the engineering and the bad conditions in the working place. So the trend is to replace the workers with robot in the shotcrete activities. Sliding mode variable structure control emerged in the 1950s and developed rapidly starting from the 1970s as a control method. Due to its several excellent properties, this method has attracted great attentions in the control field and remains as a hot topic for the researchers.In this paper, the sliding mode variable structure control (SMVSC) method has been studied and analyzed. It mainly covers topics of the basic theory, the dynamic quality, the invariance, and the chattering problems of the SMVSC. Related issues concerning the applications of the SMVSC have also been studied. The SMVSC method is applied to shotcrete robot in the paper. Through analysis and study, the equivalent mechanism of the upper arm of the robot is given using the virtual spring approach. The dynamic equatio