基于WSN的塔吊防碰撞系统研究

发布时间：2017-09-08 17:11

  本文关键词：基于WSN的塔吊防碰撞系统研究

  更多相关文章： 塔吊 WSN 防摆 防碰撞 拉格朗日 齐次变换

【摘要】：塔式起重机(简称塔吊)已经广泛地应用在建筑施工中,若有塔吊安全事故发生会造成重大经济及社会损失。论文以设计塔吊的防碰撞系统为目标,对塔吊的状态监测系统构架,塔吊防摆控制,塔吊防碰撞技术进行了深入研究。 本文以无线传感器网络(WSN)技术为基础,结合物联网的技术架构和嵌入式技术,提出了一套新的智能系统方案。为保证系统的实时性,比较并分析了集中式控制模式与分布式控制模式的优点和不足,提出了混合式控制模式,结合了分布式控制与集中式控制的优点。系统分为对塔吊运行状态进行监测和控制的个体控制器以及用于塔吊集中监控的控制中心。采用星型拓扑结构的无线组网方式,实时交互个体控制器与监控中心之间的信息。对基于无线传感器网络的智能系统的结构及功能做了介绍。该系统为塔吊的工业控制提供了简单的、实时的、低成本、高可靠性、有效的方法。 在塔吊的工作过程中,容易发生塔吊之间的碰撞事故,特别是在小车运行过程中的吊重摆动现象促使碰撞发生,所以对于塔吊运行时的防摆控制和防碰撞算法的研究有着较为重要的应用价值。本文分别对这两种关键技术做了一定程度的研究。 针对塔吊在运行过程中存在吊重摆动的现象,根据PID控制理论提出了塔吊控制系统防摆算法。分析了塔吊吊重系统的特点,应用拉格朗日方程建立了系统的数学模型,并采用摆角和位移双闭环控制的方式设计出PID防摆控制器。通过调节控制参数使控制器具有高精度和快速的优点,用MATLAB/Simulink软件对防摆控制器进行了仿真实验。仿真研究表明,防摆算法可以快速消除吊重摆动,使小车迅速到达目标位置,并且调节时间短,超调量相对较小。 针对塔吊的防碰撞问题,采用齐次变换理论,建立了塔吊防碰模型。首先建立塔吊空间运动模型,然后运用主动防碰思想,提出了塔吊碰撞检测算法,并用MATLAB仿真验证了算法的可行性。仿真实验证明应用本文的算法可以在同一坐标系下实现区域内塔吊的统一防碰决策,有效预测塔吊碰撞点的距离。 综合以上研究成果,本文研制了基于WSN的塔吊防碰撞系统,并对其防摆控制和防碰撞算法做了详细研究。仿真实验研究表明：该系统能有效地控制塔吊吊重的摆动,在无摆动的情况下检测塔吊碰撞点的距离,能有效地防止塔吊间的碰撞,防止安全事故发生。
【关键词】：塔吊 WSN 防摆 防碰撞 拉格朗日 齐次变换
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.3;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究的背景和意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.2.3 研究现状总结15
• 1.3 论文基本内容15-19
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 组织结构16-19
• 第二章 基于WSN的塔吊防碰撞系统方案设计19-29
• 2.1 控制模式提出19-20
• 2.2 智能系统整体设计20-22
• 2.2.1 塔吊物联网系统架构20-21
• 2.2.2 系统结构及功能21-22
• 2.3 基于WSN的智能系统设计22-24
• 2.3.1 无线传感器网络概述22-23
• 2.3.2 WSN系统的结构设计23-24
• 2.4 系统硬件体系结构设计24-28
• 2.4.1 数据的采集25-26
• 2.4.2 数据的处理26-27
• 2.4.3 数据的传输27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 塔吊吊重防摆控制器设计与研究29-47
• 3.1 塔吊吊重系统简介30
• 3.2 防摆控制系统模型的建立30-35
• 3.2.1 模型建立方法30-31
• 3.2.2 动力学模型的建立及简化31-35
• 3.3 系统的传递函数与特性分析35-37
• 3.3.1 状态空间方程35
• 3.3.2 防摆系统特性分析35-37
• 3.4 防摆仿真模型的建立37-39
• 3.4.1 Simulink的概述37-38
• 3.4.2 系统的Simulink模型38-39
• 3.5 基于PID的防摆控制器设计39-46
• 3.5.1 PID控制器结构39-40
• 3.5.2 PD控制器的设计与仿真40-42
• 3.5.3 双闭环控制器的设计与仿真42-44
• 3.5.4 算法的性能分析44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 塔吊防碰撞算法的设计与研究47-57
• 4.1 防碰模型的建立47-51
• 4.1.1 坐标系的建立47-51
• 4.1.2 塔吊空间运动模型的建立51
• 4.2 防碰撞算法设计51-54
• 4.2.1 塔臂与塔臂的防碰52-53
• 4.2.2 塔臂与吊绳的防碰53-54
• 4.3 算法可行性的仿真研究54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 结论57-59
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-59
• 参考文献59-63
• 作者简介63
• 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文63-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨栋;吴训成;金海松;;模糊控制在车辆弯道防碰撞中的应用[J];上海工程技术大学学报;2008年01期

2 陈存华;;施工现场群塔作业防碰撞施工控制[J];建筑安全;2013年06期

3 ;“智能激光眼睛”让汽车主动防碰撞[J];光学仪器;2009年01期

4 周晓;;安徽安建大厦34层建筑塔机突然停电时防碰撞系统改造[J];安徽建筑;2012年03期

5 廖立平，吴汉玉，尹明陆;轨行式设备的红外防碰撞装置[J];起重运输机械;1996年07期

6 陈尚伦,金杰,白雅君;轨行式设备的新型激光防碰撞装置[J];物流技术与应用;2000年04期

7 香远文;浅议船舶防碰撞整治措施[J];中国远洋航务公告;2003年05期

8 韩九强;沈建坤;魏全瑞;赵玮;;塔机群智能防碰撞系统及其应用[J];建筑机械;2008年11期

9 汪兴亮;;多塔吊施工防碰撞措施[J];建筑安全;2013年01期

10 肖志怀;胡勇健;陈佳;卢娜;陈萍;张志强;汪玉卉;;大坝建筑设备防碰撞系统[J];武汉大学学报(工学版);2013年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘拓晟;侯再平;;一种适用于超高频RFID的防碰撞方法[A];第二十届电工理论学术年会论文集[C];2008年

2 汪铁民;;汽车防碰撞系统 兼论汽车智能化及对策[A];四川省汽车工程学会、成都市汽车工程学会2003年学术年会论文集[C];2003年

3 刘小建;;船舶防碰撞安全措施[A];2006年苏、浙、闽、沪航海学会学术研讨论文集[C];2006年

4 于晓庆;高东博;杨国学;;基于导航技术的港口移动设备防碰撞系统研究[A];第五届中国卫星导航学术年会论文集-S1 北斗/GNSS导航应用[C];2014年

5 刘佳;;ISO／IEC 18000-6 Typec协议的防碰撞机制研究分析[A];全国第十届信号与信息处理、第四届DSP应用技术联合学术会议论文集[C];2006年

6 郭跃;耿淑琴;高国;吴武臣;;高效防碰撞的RFID系统设计[A];2007'仪表，自动化及先进集成技术大会论文集（一）[C];2007年

7 杨柳;陈英杰;王书茂;;基于ARM的车载防滚翻防碰撞监控与预警系统的研究[A];第八届全国设备与维修工程学术会议、第十三届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2008年

8 刘胜利;宋世军;曾庆贵;乔彩风;;基于DSP的塔机视觉防碰撞装置[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年

9 倪大进;王立彬;吕嘉宾;;有轨运行式起重机防碰撞可行域研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

10 孟建军;;起重机的防碰撞装置[A];全面建设小康社会：中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集（下）[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 记者 张晔　通讯员 杨萍;“智能激光眼睛”让汽车主动防碰撞[N];科技日报;2009年

2 董加伟;山东加紧构建渔船防碰撞自动识别网络[N];中国海洋报;2010年

3 陈菊琴;长江扬州段桥梁防碰撞专项整治启动[N];江苏法制报;2008年

4 本报记者 韩光亮　通讯员 吴薇;青岛渔业“三大科技”保平安[N];青岛日报;2010年

5 北京航空航天大学教授、系主任 张有光;超高频RFID关键技术需突破[N];计算机世界;2007年

6 记者 王旭东　见习记者 胡诚浩;工地塔吊碰撞电脑自动报警[N];绍兴日报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴涛;考虑驾驶员避撞行为特性的汽车前方防碰撞系统研究[D];吉林大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 魏利娜;密集模式下超高频RFID读写器防碰撞技术研究[D];电子科技大学;2013年

2 闫佳妮;塔机群防碰撞监测系统的研究[D];南京航空航天大学;2011年

3 刘树峰;多路况下汽车防碰撞预警系统设计与仿真[D];山东农业大学;2014年

4 李剑丹;RFID系统中多阅读器环境下防碰撞问题的研究[D];武汉理工大学;2014年

5 崔楷华;飞机出入库防碰撞系统研究[D];武汉理工大学;2009年

6 蔡文琦;具有防碰撞功能的RFID安全认证协议研究[D];南京邮电大学;2013年

7 陈恒;基于防碰撞RFID认证协议的研究与设计[D];暨南大学;2011年

8 肖菊兰;基于FPGA的ISO/IEC 18000-6C RFID读写器设计[D];电子科技大学;2011年

9 李玮玮;基于动态帧时隙的标签防碰撞问题的研究[D];河北工业大学;2012年

10 王玉琢;UHF RFID系统防碰撞研究[D];北京邮电大学;2011年

，

本文编号：815252