【摘要】：本文針對現(xiàn)有國產(chǎn)長臂架泵車普遍存在的智能操控問題,在工程機械領(lǐng)域內(nèi)首次提出靈巧機械臂概念,從運動控制的角度研究適合臂架精準隨動操控的軌跡規(guī)劃算法、臂架末端位置控制方法和非線性時滯補償算法。具體研究內(nèi)容及研究結(jié)論可概述為以下幾個方面:建立泵車正向運動學模型和逆向運動學模型,對泵車臂架進行運動學分析。通過Simulink建立泵車運動規(guī)劃仿真系統(tǒng),根據(jù)路徑最優(yōu)、能量最省、液壓供油最省等目標原則進行泵車臂架軌跡規(guī)劃研究。將臂架軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一定約束條件下的多目標優(yōu)化問題,提出一種基于梯度投影-遺傳算法的臂架軌跡規(guī)劃方法,該方法兼顧遺傳算法和梯度投影算法的優(yōu)點,在滿足臂架轉(zhuǎn)角約束的情況下,以臂架關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角絕對值之和最小為優(yōu)化約束條件,實現(xiàn)泵車臂架的全局最優(yōu)軌跡規(guī)劃,仿真及性能對比實驗驗證該軌跡規(guī)劃方法的有效性。針對現(xiàn)有泵車臂架無法實現(xiàn)末端位置精準控制的問題,開發(fā)一套新的數(shù)字式臂架油缸,利用油缸內(nèi)置的磁致伸縮位移傳感器實時檢測臂架油缸位移量,根據(jù)油缸位移實際值與給定值之間的偏差,調(diào)整單節(jié)臂位置控制器,實現(xiàn)臂架油缸位置精準控制,進而通過多臂協(xié)調(diào)聯(lián)動實現(xiàn)臂架末端位置的閉環(huán)控制�；谀：哉≒ID(Proportional-Integral-Derivative)控制策略實現(xiàn)閥控缸位置控制,利用模糊邏輯實時調(diào)整PID控制器參數(shù),以應(yīng)對系統(tǒng)特征變化或外界擾動,仿真及外場試驗驗證模糊自整定PID控制器在油缸位置跟蹤和速度跟蹤方面的有效性�；诒奂苣┒苏駝游灰频臍v史數(shù)據(jù),利用時間序列法對未來一段時間內(nèi)的臂架振動姿態(tài)進行提前預(yù)測,動態(tài)補償系統(tǒng)中的非線性時滯,為臂架末端位置控制提供可靠的參考軌跡,仿真及外場試驗驗證了時滯預(yù)測補償算法在提高臂架操控平順性和閥控缸響應(yīng)速度方面的有效性。在以上研究成果的基礎(chǔ)上,開發(fā)一套泵車靈巧臂系統(tǒng)并實現(xiàn)推廣應(yīng)用。四節(jié)臂37米泵車上的多次臂架隨動(Follow Me)試驗驗證靈巧臂系統(tǒng)在臂架末端軌跡跟蹤精度和閥控缸響應(yīng)速度方面的優(yōu)越性。
【圖文】：

通過 Matlab 中的 GUI 建立圖形用戶界面，利用 Simulink 中的 SimMechanic元件庫對五節(jié)臂機構(gòu)進行動態(tài)仿真，針對臂架軌跡規(guī)劃誤差、單次迭代的時間耗費以及單位時間內(nèi)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的絕對值之和這三個性能指標，對上述四種算法的性能進行對比分析。在此基礎(chǔ)上，將具有全局尋優(yōu)能力的遺傳算法和單次迭代時間耗費最少的梯度投影算法進行組合，并利用該混合遺傳算法對臂架的運動學進行反解，，實現(xiàn)臂架全局最優(yōu)軌跡規(guī)劃。性能對比實驗驗證了混合遺傳算法較于普通遺傳算法和梯度投影算法的優(yōu)越性。2.1.1 正向運動學

Scope Arm 5Scope Arm 4Scope Arm 3Scope Arm 2S-FunctionArmPlanning圖 2.5 五節(jié)臂機構(gòu)動態(tài)仿真圖
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU646;TP241

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本文編號：2549032