折臂式高空作业车轨迹规划与控制研究

发布时间：2017-05-16 23:10

  本文关键词：折臂式高空作业车轨迹规划与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高空作业车是将人及附属设备运送到指定位置作业的工程机械设备,它在基础设施建设及工业生产中有广泛的应用。随着社会对劳动安全更加重视及劳动力成本的增加,提高高空作业车作业效率,实现高空作业车自动化控制的问题引起国内外专家学者的广泛关注。高空作业车的轨迹规划与控制是实现自动化控制的基础。本文以折臂式高空作业车为研究对象,应用机器人学理论,通过建立其运动学模型,实现了作业平台的轨迹跟踪控制。为解决折臂式高空作业车臂架液压系统控制精度低,控制存在滞后问题,本文建立了臂架液压控制系统的数学模型,针对该模型设计自整定模糊PID控制系统,在MATLAB/Simulink环境下,对控制系统进行仿真分析。 具体来说,本文的主要工作包括以下四个方面： (1)介绍了折臂式高空作业车主要部件的作用和特点,建立了臂架系统的运动学模型,通过D-H法求出折臂式高空作业车臂架系统的运动学基本方程,对其进行运动学正问题求解,通过几何法对折臂式高空作业车的运动学逆问题求解。 (2)介绍了轨迹规划的概念及规划策略,给出了折臂式高空作业车轨迹规划的具体方法,在工作平台轨迹确定的前提下,借助折臂式高空作业车的运动学求解结果,得到了工作平台在水平运动和竖直运动两种常用工况下各级变幅油缸的运动曲线。为实现常用工况下的自动化控制提供参考。 (3)用传递函数法建立了折臂式高空作业车臂架控制系统的数学模型,并通过Bode图分析模型的稳定性,通过输入阶跃信号分析模型的动态性能。 (4)介绍了PID控制的原理和参数整定方法,对折臂式高空作业车臂架系统的控制模型进行PID控制,并在MATLAB/Simulink环境下对控制效果进行分析。针对控制效果的缺陷,提出自整定模糊PID控制。对模糊控制的原理进行介绍,阐述了折臂式高空作业车模糊控制器的控制原理,在MATLAB环境下设计了折臂式高空作业车的自整定模糊PID控制器,并对控制效果进行仿真分析。
【关键词】：折臂式高空作业车 轨迹规划 自整定模糊PID控制 仿真
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH211.6;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 高空作业车概述9-11
• 1.1.1 产品定义及产品分类9-10
• 1.1.2 高空作业车发展现状10-11
• 1.2 轨迹控制研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 电液比例控制方法12-14
• 1.3.1 遗传算法12-13
• 1.3.2 模糊控制13
• 1.3.3 神经网络控制13
• 1.3.4 专家系统13-14
• 1.4 课题研究的内容及意义14-15
• 1.4.1 研究内容14
• 1.4.2 研究意义14-15
• 1.5 本文的组织安排15-16
• 2 折臂式高空作业车臂架系统的运动学建模16-29
• 2.1 折臂式高空作业车的结构及工作特点16-17
• 2.2 臂架系统的运动学建模17-20
• 2.2.1 机器人学简介17-18
• 2.2.2 臂架系统的机器人形态空间描述18-20
• 2.3 臂架系统的运动学正问题求解20-25
• 2.3.1 D-H坐标系的建立20-21
• 2.3.2 运动学基本方程的推导21-23
• 2.3.3 运动学正问题求解23-25
• 2.4 臂架系统的运动学逆问题求解25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 折臂式高空作业车工作平台的轨迹规划29-36
• 3.1 工作平台轨迹规划的策略29-32
• 3.1.1 轨迹规划的概述29-30
• 3.1.2 工作平台轨迹规划的策略选择30-32
• 3.3 工作平台轨迹规划的过程32-34
• 3.4 工作平台直线轨迹下的运动学仿真34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 折臂式高空作业车臂架控制系统建模与稳定性分析36-46
• 4.1 折臂式高空作业车臂架控制系统建模37-42
• 4.1.1 比例放大器环节38
• 4.1.2 电液比例阀环节38
• 4.1.3 液压缸的传递函数38-42
• 4.2 系统稳定性分析42-45
• 4.3 本章小结45-46
• 5 自整定模糊PID控制器设计及仿真分析46-61
• 5.1 PID控制参数的整定46-50
• 5.1.1 PID控制简介46
• 5.1.2 PID控制的原理46-47
• 5.1.3 PID控制参数的整定过程47-50
• 5.2 模糊控制的工作原理50-53
• 5.2.1 模糊控制的组成50-51
• 5.2.2 模糊控制器的设计51-53
• 5.3 自整定模糊PID控制器的设计53-58
• 5.3.1 模糊PID控制器的特定及优势53-54
• 5.3.2 模糊PID参数的调整原则54
• 5.3.3 MATLAB环境下的模糊逻辑设计54-58
• 5.4 自整定模糊PID控制模型的建立58-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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本文编号：372105