智能气垫转运车及其控制方法的研究

发布时间：2020-10-10 12:56

　　 气垫转运车,是一种应用于大负载的特种转运平台,特别适用于不易灵活移动的重型负载,以及不能承受震动、对平稳性要求很高的大型精密设备的搬运,对于使用环境受限、大吨位负载的灵活搬运有着重要的研究意义。由于装备制造业和重工业应用推动,以及特殊环境下特种搬运的需求,气垫车及气垫控制有着重要的研究意义。 聚变堆环境受到较多局限,而气垫车路径规划灵活、集成度高和良好的可控性,在ITER环境下应用有极大的优势。针对核聚变堆部件与车厢系统转运,要求气垫车通过远程控制从热室到真空室完成定位、对接等一系列工作,并实现气垫车全过程的稳定行走和有效承载。因此,研制一种可用于核聚变环境下的智能气垫转运车,是发展核聚变堆遥操作技术体系的一种关键技术手段和亟需的转运装备。 本文研究得到国家科技部重大专项"ITER部件转运车关键技术及相关基础研究(NO.2012GB102002)"的支持,是ITER部件转运车研究内容的一部分。针对ITER应用环境和聚变堆部件转运车应用要求设计并实现了一种可用于遥操作、负载能力超过30吨、定位精度优于4mm、路径规划灵活和高集成度的智能气垫转运车。同时,针对现有气垫控制存在的问题,论文深入探讨了气垫的控制方法,旨在满足聚变堆部件和车厢系统转运要求,胜任精确定位、稳定承载的作业能力。 本文主要研究内容及创新性成果如下： 1.全面、系统、详细的介绍了用于聚变堆部件转运车的气垫车系统构建。 2.在流体力学基础上,探讨了气垫孔口出流运动学特性,建立了气垫气动伺服控制的数学模型,为气垫控制奠定基础。 3.深入探讨了气垫的PID控制,包括常规PID、内模PID控制和模糊PID,提出了一种气垫PID控制方法,并进行了相关仿真研究。 4.在建立气垫状态方程基础上,将反演法与滑模控制相结合,提出了一种基于反演自适应滑模控制方法,以实现气垫飞高的高精度控制。 5.采用AMESim与MATLAB对提出的控制方法进行了联合仿真,仿真实验结果表明,提出的控制方法可克服气垫工作点的不稳定性,验证了对气垫控制的有效性。 综上所述,本文研究了一种用聚变堆部件和车厢系统转运的智能气垫车的系统构建,深入探讨了气垫孔口出流及气动伺服的数学描述,并建立其状态方程。运用PID及结合智能控制方法,实现了气垫飞高控制；设计了一种反演自适应滑模控制器,实现了高精度压力控制,并在此基础上实现气垫飞高伺服控制。本文研究结果可提高气垫车作业能力与智能化水平,提高气垫承载的稳定性,并为气垫车姿态与平衡的高精度控制奠定良好基础。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：U469.73;TP273
【部分图文】：

气塾技术也是源于对大自然的观察，通过仿生技术和气动技术发展而应运而生的[1]，如图1.1。/WI .▲ I!图1.1:气垫源于对大自然的观察将气垫车作为专门的运输工具来分类并进行深入研究，约始于上世纪50年代。早期气垫车主要针对无路地区的应用研宄，如雪地、滩涂和沼泽等地带。早期研宄的气塾车以充入高压气体的气垫代替承重轮，但通过气塾喷射出的压缩1

图1.2:用于雪地的重型气垫车 图1.3:用于雪地的气塾车气塾车按照驱动方式可分为三种类型：1.推拉式气塾车；2.履带/半履带式气塾车；3.轮式气垫车。前两种气塾车主要是用于野外作业，后一种气垫车是用于结构化环境的重载搬运。！ i k .!‘ I ? 广在?知 Fan'飯■?-.........，广 PipeJtne_i II .1.,,,■,_., ,.1, . _.. I <———■fc—MMM—■■——9Q9HHB<u--'",--.嫌- -.otww.图1.4:推拉式气垫车 图1.5:半履带式气垫车

图1.2:用于雪地的重型气垫车 图1.3:用于雪地的气塾车气塾车按照驱动方式可分为三种类型：1.推拉式气塾车；2.履带/半履带式气塾车；3.轮式气垫车。前两种气塾车主要是用于野外作业，后一种气垫车是用于结构化环境的重载搬运。！ i k .!‘ I ? 广在?知 Fan'飯■?-.........，广 PipeJtne_i II .1.,,,■,_., ,.1, . _.. I <———■fc—MMM—■■——9Q9HHB<u--'",--.嫌- -.otww.图1.4:推拉式气垫车 图1.5:半履带式气垫车
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 郑燕斌;气垫车台主参数的设计方法[J];甘肃工业大学学报;1985年03期

2 许烁;罗哲;;气垫车能耗建模与化简(一)[J];传动技术;2012年04期

3 许烁;罗哲;;气垫车能耗建模与化简(二)[J];传动技术;2013年01期

4 姚圣卓,张兰义,陈吉清,陈秉聪,张磊;推拉式气垫运载平台的结构设计及行走机理[J];吉林工业大学自然科学学报;2001年01期

5 李强，宁素俭，杨文志，陈秉聪;步行轮式气垫车重量匹配和功率匹配[J];吉林工业大学学报;1995年03期

6 郝丽英,郭峰;基于PWM开关阀的气垫平台行驶位姿的最优控制研究[J];黑龙江工程学院学报;2002年01期

7 侯文君,王鹰;多供气孔气垫平台气垫场压力的理论研究[J];机械工程学报;2001年04期

8 王涛;彭光正;香川利春;;小口径气动元件流量特性测量及合成方法[J];机械工程学报;2009年06期

9 谢东;马聪;罗哲;;半履带气垫车气垫特性的试验与仿真研究[J];机械工程学报;2012年04期

10 战凯,王杰,何定源;步行轮式气垫车行驶过程动态数字仿真研究[J];北京矿冶研究总院学报;1993年03期

相关博士学位论文 前7条

1 张元涛;不确定非线性系统的自适应滑模控制及应用研究[D];重庆大学;2011年

2 李鹏;传统和高阶滑模控制研究及其应用[D];国防科学技术大学;2011年

3 杨秀清;机电液耦合的搬运机械手虚拟样机研究[D];中国科学技术大学;2008年

4 刘延俊;气动比例位置系统的控制方法及动态特性研究[D];山东大学;2008年

5 曹剑;基于运动和压力独立控制的气动同步系统研究[D];浙江大学;2009年

6 柳向斌;非线性系统控制的鲁棒与自适应设计方法[D];浙江大学;2009年

7 孟德远;高精度气动同步系统研究[D];浙江大学;2013年

本文编号：2835225