基于远程虚拟监控的数控起重机控制系统开发

发布时间：2017-05-08 15:15

  本文关键词：基于远程虚拟监控的数控起重机控制系统开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着核电事业的高速发展,核电站在提供给人类巨大能源的同时也带来了许多问题,其中最重要的问题之一就是如何处理核电站产生的大量核废料。目前国内应用于核废料处理的吊运设备主要还是进口的核废料起重机,存在价格昂贵,维修保养不方便等问题,而国内对该设备的研究还处于起步阶段,因此,研制具有自主知识产权的国产化核废料数控起重机就具有非常重要的现实意义。 本文针对核废料起重机的工作要求,参考现有核废料起重机的控制系统结构、机械结构和核废料吊运的工艺流程,提出了核废料数控起重机控制系统的整体设计方案,包括硬件方案和软件方案；在此基础上,设计了控制系统的硬件控制单元,包括伺服系统、可编程控制器和传感器等,并进行了相应单元的硬件选型；针对核废料起重机的高定位精度要求,综合采用基于虚拟轴的多电机同步算法和离散PID算法,满足定位精度要求；为了减小吊重摆动,提高核废料起重机运行的安全性,在分析国内外防摆算法的基础上,本文提出了一种模糊变论域自适应防摆算法,解决了传统模糊防摆算法参数设置的难题,简化了解耦方法和控制器结构；针对核废料起重机高可靠性作业的特点,本文将容错控制与基于故障树的故障诊断法相结合,采用主动容错法,通过硬件冗余和软件冗余实现控制系统的可靠性设计。 同时本文还研究了基于Kinect的核废料数控起重机远程操作技术。参考起重机操作规范,将操作员动作划分为静态手势和动态手势,并建立相关动作库,通过Kinect检测识别操作员手势并控制虚拟监控模块的运行,通过模板匹配法识别静态手势,通过动态帧分析识别动态手势。 最后,通过仿真和实验室搭建的样机进行了实验,并对实验所得各类数据和波形进行了分析,验证了本系统设计的合理性,并对核废料起重机的下一步研制有着一定的参考价值。
【关键词】：核废料数控起重机 精确定位 容错控制 自适应模糊控制 Kinect
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH218;TP277
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 核废料起重机控制系统发展现状11-15
• 1.2.2 起重机防摆技术发展现状15-17
• 1.2.3 起重机远程监控技术发展现状17-18
• 1.3 论文研究的主要内容18-19
• 第2章 核废料数控起重机的总体分析和设计19-33
• 2.1 作业环境19
• 2.2 作业流程分析19-21
• 2.2.1 手动控制操作19-20
• 2.2.2 自动出入库操作20-21
• 2.3 核废料起重机机械结构21-22
• 2.4 控制系统设计目标22-23
• 2.4.1 控制系统性能参数要求22
• 2.4.2 控制系统性能指标22-23
• 2.5 控制系统总体结构23-24
• 2.6 控制系统硬件方案设计24-28
• 2.6.1 控制系统硬件框架24-25
• 2.6.2 可编程控制器选型设计25-26
• 2.6.3 交流伺服控制系统选型设计26
• 2.6.4 定位传感器选型设计26-28
• 2.7 控制系统软件方案设计28-32
• 2.7.1 软件系统结构框架28-30
• 2.7.2 软件系统模块设计30-32
• 2.8 本章小结32-33
• 第3章 核废料数控起重机控制算法的设计与实现33-70
• 3.1 起重机精确定位33-41
• 3.1.1 多电机同步控制33-37
• 3.1.2 加减速策略37-41
• 3.2 起重机的自适应变论域模糊防摆控制算法41-56
• 3.2.1 模糊控制理论41-42
• 3.2.2 变论域自适应模糊控制理论42-43
• 3.2.3 起重机动力学模型的建立与分析43-47
• 3.2.4 模糊防摆控制器设计47-49
• 3.2.5 伸缩因子设计49-51
• 3.2.6 自适应变论域模糊防摆控制器结构51
• 3.2.7 核废料数控起重机智能防摆算法仿真分析51-56
• 3.3 控制系统可靠性设计56-68
• 3.3.1 控制系统故障树的建立及分析57-60
• 3.3.2 控制系统硬件冗余设计及故障检测60-67
• 3.3.3 控制系统软件冗余设计67-68
• 3.4 控制系统通讯接口68
• 3.5 本章小结68-70
• 第4章 基于Kinect的核废料起重机远程操作技术70-80
• 4.1 Kinect的组成结构及成像模型70-72
• 4.1.1 基于Lighting Code的深度相机成像模型71-72
• 4.1.2 骨骼跟踪72
• 4.2 起重机指挥动作分类72-74
• 4.3 基于视觉的起重机操作手势识别流程74
• 4.4 起重机操作员静态手势识别74-76
• 4.5 起重机操作员动态手势识别76-79
• 4.5.1 操作员动态手势前处理76-78
• 4.5.2 操作员动态帧分析手势识别算法78-79
• 4.6 通讯接口79
• 4.7 本章小结79-80
• 第5章 核废料数控起重机运行与测试80-88
• 5.1 核废料数控起重机控制系统功能测试80-84
• 5.1.1 实验样机结构80-81
• 5.1.2 出/入库测试81-83
• 5.1.3 故障检测测试83-84
• 5.2 基于Kinect的核废料数控起重机远程操作实验84-86
• 5.3 本章小结86-88
• 总结与展望88-90
• 1 总结88-89
• 2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-97
• 攻读硕士期间作者的科研成果97

【参考文献】

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本文编号：351378