一种智能力矩限制器的设计与研究
发布时间：2017-10-25 13:34
本文关键词：一种智能力矩限制器的设计与研究
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【摘要】：塔式起重机是城市化建设中不可或缺的工具，其中安全承载和防碰撞是塔机安全关注的主要问题。安全承载主要依靠塔机力矩限制器实现，而力矩限制器则存在预置锁死点离散分布，散点之间承载能力模糊的问题。防碰撞主要依靠根据现场情况对塔机吊臂和挂钩进行活动区域限制来实现，大大影响了工作效率。因此，本文结合实际项目对以上两个问题进行研究并提出解决方案，做了如下几步工作： 研究了国内外塔机力矩限制器的研究背景及现状，，提出基于回归分析法的Q-R曲线软件拟合算法，实现了对实际Q-R曲线的高精度预测。将现有载重数据散点图进行了分段式拆分，并针对各个部分的特点进行了相关曲线拟合工作，对其进行了可信度测评，证实相关拟合工作达到了设计要求。 提出一种基于能量消耗最优的塔机与障碍物之间防碰撞的解决方案。基于多边形建模障碍避让法，以实际操作为指导，在尽量不影响后续操作并尽可能的节约能量消耗的前提下，提出建立避让缓冲区，针对不同的后续操作与障碍位置情况，确定避让方法。 基于回归分析法对Q-R曲线进行拟合，以及基于能量消耗最优防碰撞算法，设计了基于C8051F330的智能力矩限制器，实现了对塔机Q-R曲线拟合、载荷管理及防碰撞功能。对软硬件系统进行综合调试与测试表明：该系统对塔机的实际承载能力实现了精确管理，提高了塔机的安全性；系统防碰撞机制运转正常，实现了能量消耗最优的防碰撞的设计要求。
【关键词】：智能塔机 力矩限制器 Q-R曲线 回归分析 能量消耗 防碰撞
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.3
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 第一章 绪论10-16
- 1.1 研究背景10-14
- 1.1.1 塔式起重机简介10-11
- 1.1.2 力矩限制器概述11
- 1.1.3 国外研究现状11-12
- 1.1.4 国内研究现状12-14
- 1.2 本文研究的目的和意义14
- 1.3 本论文塔机力矩限制器设计思路14
- 1.4 本文主要内容和结构14-16
- 第二章 相关问题与分析16-36
- 2.1 塔机 Q-R 曲线问题与分析16-22
- 2.1.1 回归分析的理论基础16-18
- 2.1.2 最小二乘法的基本原理18-19
- 2.1.3 模型线性部分参数的估计19-20
- 2.1.4 修正回归方程系数拟合法的原理20-21
- 2.1.5 非线性部分的拟合21-22
- 2.1.6 非线性回归存在的不足22
- 2.2 改进的回归分析算法22-26
- 2.3 防碰撞系统算法研究26-35
- 2.3.1 现有问题26
- 2.3.2 碰撞情况分析26-27
- 2.3.3 防碰撞方法的提出27-30
- 2.3.4 避让策略选择30-32
- 2.3.5 避让路径标定与计算32-35
- 2.4 本章小结35-36
- 第三章 系统总体架构设计36-40
- 3.1 系统的功能需求36
- 3.2 方案选取与对比分析36-39
- 3.2.1 CPU 处理器36-37
- 3.2.2 力臂测量与采集37-38
- 3.2.3 无线通信模块38
- 3.2.4 黑匣子模块38
- 3.2.5 上位机通信模块38-39
- 3.3 本章小结39-40
- 第四章 系统硬件电路设计40-50
- 4.1 主控芯片选型40-43
- 4.1.1 CIP-51TM 内核40
- 4.1.2 JTAG 调试和边界扫描40-41
- 4.1.3 可编程数字 I/O 和交叉开关41
- 4.1.4 串行端口41
- 4.1.5 C8051f330 系统概述41
- 4.1.6 主控模块的设计41-43
- 4.2 C2 接口模块43-44
- 4.2.1 C2 接口功能介绍43-44
- 4.2.2 C2 接口模块设计44
- 4.3 显示面板电路44-45
- 4.3.1 液晶显示模块介绍44-45
- 4.3.2 液晶显示电路设计45
- 4.4 无线通信电路45-46
- 4.4.1 无线模块介绍45-46
- 4.4.2 无线通信电路设计46
- 4.5 压力信号采集电路46-47
- 4.5.1 传感器原理及采集电路分析46-47
- 4.5.2 放大电路设计47
- 4.6 “黑匣子”设计47-48
- 4.7 串口通信模块48-49
- 4.7.1 PL2303 使用介绍48
- 4.7.2 串口通信电路设计48-49
- 4.8 本章小结49-50
- 第五章 智能力矩限制器软件设计50-64
- 5.1 开发工具介绍50
- 5.1.1 单片机软件开发调试工具50
- 5.1.2 上位机软件开发调试工具 VB6.0 简介50
- 5.2 多点数据采集与处理模块程序设计50-55
- 5.2.1 多点数据采集与处理模块程序流程图50-54
- 5.2.2 压力信号采集程序设计54-55
- 5.2.3 无线发送程序设计55
- 5.3 远程监控模块程序设计55-60
- 5.3.1 远程监控模块程序设计流程图55-56
- 5.3.2 数据显示程序设计56
- 5.3.3 24C02 即黑匣子程序设计56-57
- 5.3.4 无线发送程序设计57-58
- 5.3.5 上位机程序设计58-59
- 5.3.6 上位机功能说明59-60
- 5.4 防碰撞数据采集的设计60-63
- 5.4.1 数据采集模块结构设计60-61
- 5.4.2 防碰撞处理模块详细设计61-63
- 5.4 本章小结63-64
- 第六章 实验仿真与对比64-69
- 6.1 几种常用力矩限制器的仿真与对比64-65
- 6.2 智能避让软件测试结果65-68
- 6.3 本章小结68-69
- 第七章 总结与展望69-70
- 7.1 全文总结69
- 7.2 下一步工作的展望69-70
- 参考文献70-72
- 致谢72-73
- 附录（硕士期间参与的科研项目）73
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1 王兴杰;朱斌;房e
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