發(fā)布時(shí)間：2019-10-14 02:25

【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(jī)械領(lǐng)域內(nèi)首次提出靈巧機(jī)械臂概念,從運(yùn)動(dòng)控制的角度研究適合臂架精準(zhǔn)隨動(dòng)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(shí)滯補(bǔ)償算法。具體研究內(nèi)容及研究結(jié)論可概述為以下幾個(gè)方面:建立泵車正向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,對泵車臂架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。通過Simulink建立泵車運(yùn)動(dòng)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(biāo)原則進(jìn)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(biāo)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(diǎn),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(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)末端位置精準(zhǔn)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(shí)時(shí)檢測臂架油缸位移量,根據(jù)油缸位移實(shí)際值與給定值之間的偏差,調(diào)整單節(jié)臂位置控制器,實(shí)現(xiàn)臂架油缸位置精準(zhǔn)控制,進(jìn)而通過多臂協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)實(shí)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(shí)現(xiàn)閥控缸位置控制,利用模糊邏輯實(shí)時(shí)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(dòng),仿真及外場試驗(yàn)驗(yàn)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�(dòng)位移的歷史數(shù)據(jù),利用時(shí)間序列法對未來一段時(shí)間內(nèi)的臂架振動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行提前預(yù)測,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)中的非線性時(shí)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(yàn)驗(yàn)證了時(shí)滯預(yù)測補(bǔ)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(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。四節(jié)臂37米泵車上的多次臂架隨動(dòng)(Follow Me)試驗(yàn)驗(yàn)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(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，針對臂架軌跡規(guī)劃誤差、單次迭代的時(shí)間耗費(fèi)以及單位時(shí)間內(nèi)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的絕對值之和這三個(gè)性能指標(biāo)，對上述四種算法的性能進(jìn)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(shí)間耗費(fèi)最少的梯度投影算法進(jìn)行組合，并利用該混合遺傳算法對臂架的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行反解，，實(shí)現(xiàn)臂架全局最優(yōu)軌跡規(guī)劃。性能對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)學(xué)

Scope Arm 5Scope Arm 4Scope Arm 3Scope Arm 2S-FunctionArmPlanning圖 2.5 五節(jié)臂機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真圖
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU646;TP241

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本文編號(hào)：2549032