基于模糊控制的水冲洗移动机器人液压伺服控制系统的研究

发布时间：2017-03-30 23:16

  本文关键词：基于模糊控制的水冲洗移动机器人液压伺服控制系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：持续电力供应已经成为影响当今社会发展的重要因素,变电站的正常运行是持续电力供应的一个重要环节,由于大气中很多污染物长时间沉积在绝缘柱的表面上,降低了绝缘性能,容易发生污闪事故。这不仅造成大面积跳闸停电,容易造成用电设备的损坏,而且给持续用电用户带来巨大的经济损失。为了提高变电站绝缘子设备的抗污染能力,当前国内多采用人工清洗作业,不仅清洗效率低、而且危险系数高,对人体容易造成损伤。随着自动化水平的不断提高,特种作业机器人在各个行业表现出了巨大的优势,急需发明特种作业机器人代替人工进行清洗作业,将人从清扫作业中解脱出来。本文依托于2012年国家“十二五”高新技术发展规划(“863计划”)立项研究的“面向电力带电抢修作业机器人研究开发与应用”,对变电站带电作业水冲洗移动机器人整个系统做了相关分析,特别对机器人的液压伺服控制系统进行了进一步的研究分析,通过设计模糊-PID控制器对该液压伺服系统进行控制,仿真和实地实验表明该控制提高了控制精度以及整个系统的鲁棒性。水冲洗机器人的成功研制极大的提高了冲洗作业的效率,保障了工作人员的安全,带来巨大的经济效益和社会效益。本文研究工作主要包含几个方面：1、本文首先介绍了变电站水冲洗机器人的研究背景及意义,详细阐述了国内外变电站带电作业水冲洗机器人的发展现状,并介绍了液压伺服控制技术的研究和发展现况,最后介绍了本文研究的主要内容。2、对水冲洗机器人进行结构和功能的分析,首先介绍了水冲洗机器人的整体结构,然后对机器人的液压系统、水冲洗系统、手持控制终端系统和通讯系统等进行详细的分析。3、对水冲洗机器人的机械臂进行动力学分析,首先建立雅克比矩阵,通过该矩阵得到各关节的速度和角速度,由计算所得的动能和势能得到拉格朗日函数,经求导得到动力学方程。然后通过Pro/E软件对机械臂建立模型,将其导入ADAMS中,经过对模型重新添加一系列的约束条件,获得机械臂的虚拟样机,最后本文针对该样机进行相关的仿真分析。4、对水冲洗机器人的液压伺服控制系统进行设计,首先对机器人的液压伺服控制系统进行设计分析,得到基于TRIO控制的液压伺服控制系统,然后对液压伺服控制系统进行硬件设计和软件设计,并通过调试检验控制原理和接线的可行性。5、基于模糊-PID控制对水冲洗机器人的液压伺服控制系统进行分析,首先对机器人的液压伺服系统进行数学建模,通过建立模糊-PID控制器对液压伺服系统模型进行控制,最终在无干扰和干扰条件下进行计算机仿真和实地实验分析。
【关键词】：水冲洗移动机器人 模糊控制 液压伺服控制系统 动力学分析
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 本文研究的背景及意义11-16
• 1.1.1 水冲洗机器人的需求分析11-12
• 1.1.2 国内研究的背景及现状12-14
• 1.1.3 国外研究的背景及现状14-15
• 1.1.4 本文研究的意义15-16
• 1.2 液压伺服控制技术的研究与发展16-17
• 1.2.1 液压伺服控制技术研究的必要性16
• 1.2.2 液压伺服控制技术研究的现状16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 水冲洗机器人系统概述19-29
• 2.1 机器人总体结构19-21
• 2.1.1 总体结构的组成19-20
• 2.1.2 总体结构参数20-21
• 2.2 液压系统21-23
• 2.2.1 液压系统的设计分析21
• 2.2.2 液压系统的设计及原理介绍21-23
• 2.2.3 液压系统的设计参数23
• 2.3 手持控制终端系统23-25
• 2.4 水冲洗系统25-27
• 2.5 通讯系统27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 水冲洗机器人动力学分析29-47
• 3.1 确定建模的方法29-30
• 3.2 建立雅克比矩阵30-31
• 3.3 建立动力学方程31-32
• 3.4 动力学方程的计算32-35
• 3.5 基于Pro/E的动力学建模35-38
• 3.5.1 Pro/E软件36
• 3.5.2 模型的建立36-38
• 3.6 基于ADAMS软件的动态仿真38-45
• 3.6.1 ADAMS软件38-39
• 3.6.2 虚拟样机的仿真分析过程39-42
• 3.6.3 仿真分析42-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第4章 液压伺服控制系统的设计47-65
• 4.1 液压伺服控制系统的设计分析47-48
• 4.2 基于TRIO控制的液压伺服控制系统48-50
• 4.3 液压伺服控制系统的硬件设计50-60
• 4.3.1 多轴运动控制器50-51
• 4.3.2 串口服务器51
• 4.3.3 电液伺服阀51-52
• 4.3.4 伺服阀放大器52-53
• 4.3.5 液压马达和油缸53-55
• 4.3.6 传感器55-56
• 4.3.7 液压伺服控制系统接线56-58
• 4.3.8 液压伺服控制系统调试58-60
• 4.4 液压伺服控制系统软件设计60-63
• 4.4.1 主程序60-61
• 4.4.2 自检子程序61
• 4.4.3 复位子程序61-62
• 4.4.4 运行子程序62-63
• 4.4.5 保护子程序63
• 4.5 本章总结63-65
• 第5章 基于模糊-PID控制的液压伺服控制系统65-81
• 5.1 液压系统物理模型的建立65-66
• 5.2. 液压伺服控制系统数学建模66-69
• 5.2.1 伺服放大器66
• 5.2.2 电液伺服阀66-67
• 5.2.3 阀控缸67-68
• 5.2.4 位置传感反馈68-69
• 5.2.5 模型参数的确定69
• 5.3 对液压伺服控制系统进行模糊-PID控制69-70
• 5.4 模糊控制过程70-74
• 5.4.1 模糊控制器70
• 5.4.2 模糊-PID控制70-74
• 5.5 仿真实验与分析74-78
• 5.5.1 建立仿真模型74-75
• 5.5.2 仿真分析75-78
• 5.6 实地实验78-80
• 5.7 本章总结80-81
• 第6章 总结与展望81-83
• 6.1 本文总结81-82
• 6.2 研究展望82-83
• 参考文献83-87
• 后记87-89
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况89

【参考文献】

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本文编号：278326