本文關(guān)鍵詞：基于WSN的塔吊防碰撞系統(tǒng)研究

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【摘要】：塔式起重機(簡稱塔吊)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在建筑施工中,若有塔吊安全事故發(fā)生會造成重大經(jīng)濟及社會損失。論文以設(shè)計塔吊的防碰撞系統(tǒng)為目標(biāo),對塔吊的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架,塔吊防擺控制,塔吊防碰撞技術(shù)進(jìn)行了深入研究。 本文以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)和嵌入式技術(shù),提出了一套新的智能系統(tǒng)方案。為保證系統(tǒng)的實時性,比較并分析了集中式控制模式與分布式控制模式的優(yōu)點和不足,提出了混合式控制模式,結(jié)合了分布式控制與集中式控制的優(yōu)點。系統(tǒng)分為對塔吊運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制的個體控制器以及用于塔吊集中監(jiān)控的控制中心。采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線組網(wǎng)方式,實時交互個體控制器與監(jiān)控中心之間的信息。對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能做了介紹。該系統(tǒng)為塔吊的工業(yè)控制提供了簡單的、實時的、低成本、高可靠性、有效的方法。 在塔吊的工作過程中,容易發(fā)生塔吊之間的碰撞事故,特別是在小車運行過程中的吊重擺動現(xiàn)象促使碰撞發(fā)生,所以對于塔吊運行時的防擺控制和防碰撞算法的研究有著較為重要的應(yīng)用價值。本文分別對這兩種關(guān)鍵技術(shù)做了一定程度的研究。 針對塔吊在運行過程中存在吊重擺動的現(xiàn)象,根據(jù)PID控制理論提出了塔吊控制系統(tǒng)防擺算法。分析了塔吊吊重系統(tǒng)的特點,應(yīng)用拉格朗日方程建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并采用擺角和位移雙閉環(huán)控制的方式設(shè)計出PID防擺控制器。通過調(diào)節(jié)控制參數(shù)使控制器具有高精度和快速的優(yōu)點,用MATLAB/Simulink軟件對防擺控制器進(jìn)行了仿真實驗。仿真研究表明,防擺算法可以快速消除吊重擺動,使小車迅速到達(dá)目標(biāo)位置,并且調(diào)節(jié)時間短,超調(diào)量相對較小。 針對塔吊的防碰撞問題,采用齊次變換理論,建立了塔吊防碰模型。首先建立塔吊空間運動模型,然后運用主動防碰思想,提出了塔吊碰撞檢測算法,并用MATLAB仿真驗證了算法的可行性。仿真實驗證明應(yīng)用本文的算法可以在同一坐標(biāo)系下實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)塔吊的統(tǒng)一防碰決策,有效預(yù)測塔吊碰撞點的距離。 綜合以上研究成果,本文研制了基于WSN的塔吊防碰撞系統(tǒng),并對其防擺控制和防碰撞算法做了詳細(xì)研究。仿真實驗研究表明：該系統(tǒng)能有效地控制塔吊吊重的擺動,在無擺動的情況下檢測塔吊碰撞點的距離,能有效地防止塔吊間的碰撞,防止安全事故發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】：塔吊 WSN 防擺 防碰撞 拉格朗日 齊次變換
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH213.3;TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究的背景和意義11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)15
• 1.3 論文基本內(nèi)容15-19
• 1.3.1 研究內(nèi)容16
• 1.3.2 組織結(jié)構(gòu)16-19
• 第二章 基于WSN的塔吊防碰撞系統(tǒng)方案設(shè)計19-29
• 2.1 控制模式提出19-20
• 2.2 智能系統(tǒng)整體設(shè)計20-22
• 2.2.1 塔吊物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)20-21
• 2.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能21-22
• 2.3 基于WSN的智能系統(tǒng)設(shè)計22-24
• 2.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述22-23
• 2.3.2 WSN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計23-24
• 2.4 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計24-28
• 2.4.1 數(shù)據(jù)的采集25-26
• 2.4.2 數(shù)據(jù)的處理26-27
• 2.4.3 數(shù)據(jù)的傳輸27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 塔吊吊重防擺控制器設(shè)計與研究29-47
• 3.1 塔吊吊重系統(tǒng)簡介30
• 3.2 防擺控制系統(tǒng)模型的建立30-35
• 3.2.1 模型建立方法30-31
• 3.2.2 動力學(xué)模型的建立及簡化31-35
• 3.3 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與特性分析35-37
• 3.3.1 狀態(tài)空間方程35
• 3.3.2 防擺系統(tǒng)特性分析35-37
• 3.4 防擺仿真模型的建立37-39
• 3.4.1 Simulink的概述37-38
• 3.4.2 系統(tǒng)的Simulink模型38-39
• 3.5 基于PID的防擺控制器設(shè)計39-46
• 3.5.1 PID控制器結(jié)構(gòu)39-40
• 3.5.2 PD控制器的設(shè)計與仿真40-42
• 3.5.3 雙閉環(huán)控制器的設(shè)計與仿真42-44
• 3.5.4 算法的性能分析44-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第四章 塔吊防碰撞算法的設(shè)計與研究47-57
• 4.1 防碰模型的建立47-51
• 4.1.1 坐標(biāo)系的建立47-51
• 4.1.2 塔吊空間運動模型的建立51
• 4.2 防碰撞算法設(shè)計51-54
• 4.2.1 塔臂與塔臂的防碰52-53
• 4.2.2 塔臂與吊繩的防碰53-54
• 4.3 算法可行性的仿真研究54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 第五章 結(jié)論57-59
• 5.1 結(jié)論57
• 5.2 展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 作者簡介63
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63-65
• 致謝65

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：815252