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基于防摇控制的桥式起重机路径规划研究
李帆
大连理工大学
桥式起重机作为一种量大面广的起重运输设备,应用较为广泛,其作业效率与工厂的生产效益息息相关,因此桥式起重机的自动化和智能化研究具有十分重要的意义。路径规划是桥式起重机智能化的重要组成部分,考虑防摇的路径规划更具有实际工程意义。
故本文首先对桥式起重机的防摇摆及定位控制问题进行研究,结合起重机防摇控制的运行特性对路径规划问题进行研究。由此可以大大提高控制方法的实用性和桥式起重机的作业效率。在防摇及定位控制问题方面,本文首先采用拉格朗日方程建立动力学模型并建立开环控制仿真模型进行验证。在该模型基础上加入常规PID控制器进行控制
随后针对常规PID控制器的缺点进行改进,在原有模型基础上增加模糊控制器,分别采用两种控制方法对相同的工况条件进行仿真实验,实验结果对比证明模糊PID控制方法更有效。通过改变系统钢丝绳长度和吊重质量设计仿真实验验证模糊控制器具有较强的鲁棒性。采用该模糊控制器同时对大、小车运动进行仿真,分别设置不同的大、小车控制器初始参数进行仿真,得出吊重的运行轨迹曲线,对路径规划研究具有指导意义。在桥式起重机路径规划问题方面,本文结合起重机的运行特性,通过栅格法建立起重机的作业地图并采用A*算法进行规划,结合起重机防摇控制运行特性对规划结果进行分析,提出第一种改进策略并进行规划结果对比,减少了起重机运行过程中的拐点数,减少了启动、停止次数,提高了桥式起重机的作业效率。改变地图环境后进行规划,对第一种改进A*算法规划结果进行分析,提出第二种改进策略,进一步提高起重机运行效率。在第二种改进策略的基础上增加反向搜索的方式,尽最大可能减少路径拐点,与常规A*算法相比极大的提高了桥式起重机的作业效率。
最后,本文在实验室环境下搭建了桥式起重机模型,分别对防摇控制和基于防摇的路径规划设计了实验方案。在进行防摇控制实验时,分别对起重机大、小车单独运行和同时运行编写控制程序,通过姿态传感器和编码器等传感器测量记录运行过程中的吊重摆角和位移数据,与MATLAB中搭建的仿真模型仿真结果进行对比,验证本文设计控制器的准确性。在进行路径规划实验时,依照MATLAB中的设置布置桥式起重机的二维工作环境,按照路径规划结果编写控制程序,并收集运行过程中吊重摆角和大、小车位移等数据,与仿真结果进行对比验证。同时设计两种无防摇控制的运行方式,通过对比每种方式的运行时间证明基于防摇的路径规划方式可以极大的提高作业效率。
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