桥式起重机自动运行控制系统设计

发布时间：2017-10-13 01:38

  本文关键词：桥式起重机自动运行控制系统设计

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【摘要】：在物品堆放杂乱无序的车间仓库,或核废料吊运或垃圾处理等高辐射、高污染的特殊工作场合,实现桥式起重机无人化自动运行是目前亟待解决的一个工程问题。_本_文以实现桥式起重机在复杂工作环境中的无人化运行为目的,对其路径规划算法、自动运行控制程序、以及电机变频调速设计方案等进行研究分析,设计了包括人机交互接口(HMI)、传感器、控制器和执行机构的整个桥式起重机运行控制系统。首先,基于路径规划技术在移动机器人等领域的研究成果,本文设计了包括传感识别、避障控制和人机交互等功能在内的系统组成。采用蚁群算法进行桥式起重机的避障运算。以路径最短为目标函数,在栅格化虚拟环境域中,生成最优的运行路径。在MATLAB软件中对该算法进行程序设计和仿真验证,输出可供运行控制机构使用的环境与路径信息,实现桥式起重机在复杂工作环境中的智能路径规划。在此基础上,以CoDeSys PLC设计软件为开发平台,设计控制桥式起重机自动化运行的软件程序。利用CoDeSys软件的各个模块,将从上位机输入的环境和路径信息、操作者从HMI输入的控制信号和控制参数等集成处理,通过运算和转化形成控制信号,输出到变频器和电动机等执行机构,从而控制桥式起重机大车和小车的自动运行。此外,利用CoDeSys的可视化显示编程功能,设计起重机运行的人机交互控制界面,实现了在不依赖硬件的情况下,通过PC端输入控制信息,并对PLC程序的运行结果进行观察和验证。最后,对桥式起重机的变频调速系统进行分析与设计。通过研究三相异步电动机的结构与工作原理,结合桥式起重机的运行特点,确定以矢量变频技术为核心的电动机控制方案。在MATLAB/Simulink仿真环境中,对矢量变频调速系统进行建模,通过工程实例中的数据对系统进行仿真分析,以求达到精确的控制效果,表明该系统良好的调速性能,并证明所设计的桥式起重机自动运行控制系统的可行性与可靠性。
【关键词】：桥式起重机 智能控制 路径规划 CoDeSys 变频调速
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH215;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 桥式起重机概述9-11
• 1.1.1 桥式起重机简介9-10
• 1.1.2 桥式起重机研究发展现状与趋势10-11
• 1.2 桥式起重机智能化与自动化研究发展现状11-14
• 1.2.1 路径规划技术及其发展现状11-12
• 1.2.2 桥式起重机控制器及其发展现状12-13
• 1.2.3 桥式起重机速度控制技术及其发展现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容及组织构架14-16
• 1.3.1 课题主要研究方向14-15
• 1.3.2 论文组织架构15-16
• 2 路径规划原理与算法设计16-28
• 2.1 路径规划系统结构组成16-19
• 2.1.1 路径规划系统工作原理16-18
• 2.1.2 路径规划系统硬件构成18-19
• 2.2 基于蚁群算法的桥式起重机路径规划19-23
• 2.2.1 蚁群算法原理介绍19-20
• 2.2.2 蚁群算法路径规划的操作步骤20-23
• 2.3 桥式起重机路径规划算法的仿真验证23-24
• 2.3.1 蚁群路径规划算法的MATLAB程序设计23
• 2.3.2 仿真结果与分析23-24
• 2.4 动态路径规划理论24-27
• 2.4.1 移动障碍物的检测24-25
• 2.4.2 蚁群算法针对动态环境的改进25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 桥式起重机自动运行系统控制器设计28-42
• 3.1 控制系统功能结构分析28-30
• 3.1.1 自动运行系统控制要求28-29
• 3.1.2 软件结构设计29-30
• 3.2 自动控制程序设计30-36
• 3.2.1 CoDeSys软件简介30-31
• 3.2.2 可编程控制器程序设计31-36
• 3.3 可视化人机界面设计与仿真验证36-41
• 3.3.1 可视化界面功能介绍36-37
• 3.3.2 可视化程序功能分析37
• 3.3.3 界面搭建与设计37-38
• 3.3.4 软件运行结果验证与分析38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 变频调速系统设计与仿真42-63
• 4.1 交流异步电动机及其变频调速原理42-53
• 4.1.1 交流异步电动机简介42-43
• 4.1.2 交流异步电动机调速方法简介43-45
• 4.1.3 矢量变频技术原理45-49
• 4.1.4 异步电动机的数学模型求解49-53
• 4.2 矢量变频调速系统模型的建立53-57
• 4.2.1 MATLAB/Simulink仿真软件简介53
• 4.2.2 SPWM变频技术与仿真建模53-54
• 4.2.3 转差频率控制矢量变频方法54-55
• 4.2.4 转差频率控制矢量变频调速系统模型的建立55-57
• 4.3 控制系统仿真与调试57-61
• 4.3.1 仿真参数设定与调试57-58
• 4.3.2 仿真结果计算与分析58-61
• 4.4 本章小结61-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王欣 ,高顺德 ,屈福政;国内外大型起重机的发展状况[J];建筑机械;2005年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 沈伟伟;基于DSP的轮式移动机器人控制系统设计[D];南京理工大学;2010年

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本文编号：1022139