抓斗智能作业控制系统的研究与设计

发布时间：2017-05-14 20:22

  本文关键词：抓斗智能作业控制系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要针对该码头门座起重机频繁出现的过载现象，对天津港焦炭码头30吨门座起重机控制系统进行改进。通过现场多次观察整个物料抓取过程，发现过载现象是由于操作人员仅凭经验来判断闭斗的时机而导致抓取过多的货物。当起重量超过额定负载时，需将物料全部放下，重新进行抓取。这样重复操作不仅浪费时间，影响整个港口的装卸效率，而且浪费能源。若继续超载运行，，会损害机械设备甚至出现安全隐患。 为了避免这种现象的发生，本文通过方案比较，最终采用研华USB4711-A数据采集卡对整个作业过程的起升电机以及开闭电机的电流和力矩进行采集，并为数据采集卡设计了信号预处理电路。基于硬件设计的基础，通过编写上位机程序以及数据库技术实现数据实时显示和存储。通过对闭斗过程的数据分析和现场的观察，整个抓取过程分为三个步骤：首先，打开抓斗置于物料之上进行闭斗操作；然后，在抓斗处于半闭合状态时起升抓斗，漏出部分物料；最后，完成整个闭斗过程。通过对整个抓取过程的观察，选取第一步中开闭电机的电流最大值、最小值、平均值以及第二步中起升电机的电流尖峰值作为样本输入，将最后的实际起重量作为样本输出，代入建立好的BP神经网络模型。通过对网络的训练找到特征数据和最终起重量之间的映射关系，能将预测的结果和实际起重量之间的误差控制在令人满意的范围内。在此基础上，以ATMEGA128为核心控制芯片设计一个干预控制系统。通过对整个抓取过程的数据采集，该系统能利用程序筛选出所需要的样本输入数据，并且代入已经训练好的神经网络数学模型，在闭斗之前预测出本次起重量并判断其是否超出额定值，然后再对控制过程加以干预。即在抓取过程中就预判出最终的起重量从而利用程序来控制电机代替人来调整这个过程。这种改进方案的实现，必须建立在大量的数据采集的基础上，所需完成的工作包括数据采集系统的设计、数学建模和控制改进系统的设计。 通过本文所设计的系统，理论上能极大程度上的避免门机过载情况的出现，减少了机械设备的损耗，提高港口装卸效率，同时亦能达到节能减排的目的。
【关键词】：门座式起重机 抓斗BP神经网络 数据库
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.4;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 论文研究的背景及意义9-10
• 1.2 数学建模在现代工业中的应用及发展10-11
• 1.2.1 数学建模概述10-11
• 1.2.2 数学建模在工业中的应用和发展11
• 1.3 论文研究的主要内容11-13
• 第2章 数据采集系统的硬件设计13-28
• 2.1 数据采集系统总体设计13-14
• 2.2 可行性分析及方案比较14-18
• 2.3 采集系统的硬件设备18-22
• 2.3.1 数据采集卡概述及选型18-21
• 2.3.2 数据采集卡的的配置方案21-22
• 2.4 硬件电路设计22-26
• 2.4.1 信号采集电路设计22-25
• 2.4.2 供电电源电路设计25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 数据采集系统的软件设计28-40
• 3.1 采集系统应用软件的介绍28-30
• 3.2 设计方案比较30-31
• 3.3 采集系统的软件程序设计31-39
• 3.3.1 数据采集卡的示例程序分析31-33
• 3.3.2 上位机软件及界面设计33-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 数学建模与结果分析40-56
• 4.1 数据的测试结果及初步筛选40-42
• 4.2 利用多元线性回归及多项式拟合处理数据42-46
• 4.3 利用 BP 神经网络处理数据46-55
• 4.3.1 BP 神经网络的原理及概述46-51
• 4.3.2 建模仿真及误差分析51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 抓斗控制系统的改进设计56-67
• 5.1 硬件选型及设计56-58
• 5.2 软件及控制方案的设计58-66
• 5.2.1 软件程序设计58-65
• 5.2.2 控制方案的设计65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-70
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-73

【参考文献】

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本文编号：366176