基于动力学建模与MEMS技术的起重机制动下滑量检测系统研制

发布时间：2017-11-25 06:09

  本文关键词：基于动力学建模与MEMS技术的起重机制动下滑量检测系统研制

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【摘要】：作为一种重要的装运设备,起重机广泛应用于港口、厂区、冶金等场所,在国民经济中发挥着重要作用。起重机制动性能直接影响其工作性能、安全性和可靠性,作为衡量起重机械制动性能的一项重要指标,制动下滑量的检测是保障起重机安全运行的关键。针对制动下滑量较难检测的问题,本文基于MEMS技术和吊重系统动力学建模研究起重机制动下滑量检测的理论方法,并研发检测系统。基于分析力学中的拉格朗日方程对系统进行建模,建立了起重机吊重系统的非线性动力学模型,为后续的理论研究奠定基础。通过仿真分析了起重机的制动过程,仿真结果表明,所建立的模型可有效地获得制动下滑量和偏转角。起重机运动参数采集系统的硬件平台主要包括MSP430单片机及外围电路、数据采集模块、通信管理模块、太阳能充电模块。数据采集模块是采用MEMS传感器采集加速度、角速度和磁场信号；通信管理模块是实现上位机和下位机之间的通信,主要包括串口通信与无线网络通信,串口通信完成单片机和无线模块之间的通信,无线网络通信完成无线模块和上位机之间通信。采用太阳能电池板为锂电池充电的方案,实现为整个硬件系统的供电。起重机制动下滑量检测系统的软件设计主要包括上位机和下位机软件模块。下位机软件模块又包括了通信管理、数据采集和系统初始化,可以实现将传感器中数据发送到上位机中；上位机软件模块包括通信管理、人机界面、数据存储和数据预处理,实现了上位机和下位机之间的数据接收、显示和存储功能。并针对MEMS传感器所采集的加速度信号、角速度信号和磁场信号中不可避免的混入噪声信号的问题,采用卡尔曼滤波器对加速度信号进行预处理,可有效地滤除加速度传感器中的随机噪声成分,采用互补滤波器对MEMS传感器采集的三种数据进行融合,从而提高了测量精度和系统的动态性能。根据设计的软硬件平台,构建了起重机吊重系统的实验平台。通过采集静止、起升、制动状态下的实验数据,得到了与实际运动相吻合的运动变化趋势,表明所研制软硬件平台的准确性。基于虚拟仪器平台,分析了数学模型和实验制动过程的数据,进一步验证理论研究的正确性。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH21

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本文编号：1225024