基于数字孪生的桥式起重机自主运行系统研究

为了提高桥式起重机的智能化水平和数字化水平,借助数字孪生技术,对一桥式起重机的安全自主运行系统进行了仿真和实验研究。首先,采用数字孪生思想构建了起重机自主运行系统整体架构,根据桥式起重机的实际运行情况,采用四模型(即虚拟模型、物理动力学模型、行为控制模型和规则计算模型)的方法,构建了起重机的孪生模型;然后,在起重机孪生实验平台上进行了起重机路径规划和大小车轨迹跟踪仿真实验,采用了变论域模糊PID控制器,对起重机大小车轨迹跟踪进行了控制;最后,对该数字孪生系统进行了互联互通实物验证实验。研究结果表明：在起重机数字孪生系统中可以同步进行虚拟仿真和实物实验;在起重机大小车轨迹跟踪实验中,使用所提变论域模糊PID控制方法时,大车跟踪误差在±7 cm内,小车跟踪误差可达±6 cm,表明该控制方法的先进性;同时,该系统初步达成数字孪生技术虚实同步、虚实融合、虚实对照的目标,并且具有良好的三维可视化效果,可为推动机电装备的数字化进程提供一种思路。     

基于模型控制的液压机械臂高精度轨迹跟踪

液压机械臂具有高度非线动力学特性,末端轨迹跟踪误差大。为此,提出一种辨识动力学参数的基于模型的控制算法(Model-basedcontrol,MBC)。该控制算法由外环的液压缸位置反馈控制器、内环的力控制器以及前馈流量补偿控制器三部分输出叠加组成。力控制器充分考虑液压机械臂动力学模型,动态补偿惯性力、重力和摩擦力等干扰力对控制精度的影响;位置控制器用以消除液压执行器造成的力偏差;前馈流量补偿器根据液压执行器动力学模型计算流量补偿量,提高系统响应与精度。针对动力学模型中存在的参数不准确问题,采用了最小二乘参数辨识的方法,在激励轨迹下获取液压机械臂动力学参数精确值。试验结果表明,所提出的辨识动力学参数的MBC控制算法相比3D模型参数的MBC控制在自由空间运动位置跟踪精度提升了39.24%,相比与传统PID控制提升了93%,显著提高了轨迹跟踪精度。     

基于死区补偿的码垛机械臂控制算法

针对码垛机械臂系统中存在死区特性影响控制精度的问题,提出一种基于模糊自适应的死区补偿算法.首先,根据死区非线性特性设计模糊死区补偿器对系统中的非线性环节进行补偿和控制;其次,利用模糊自适应算法对变量进行实时整定,从而使得轨迹跟踪误差趋于零;最后,借助MATLAB对理论结果实施验证.结果表明所提的控制算法具有良好的稳定性,与其他算法相比具有更高的动、静态性能和轨迹跟踪精度.     

悬臂式掘进机工作机构机液系统分析与建模

为了对悬臂式掘进机截割头轨迹进行跟踪和精确定位,要求建立悬臂及其液压系统的数学模型。然而,由于液压系统参数的不确定性以及对称阀控制的非对称油缸的特性,该系统十分复杂,具有非线性和时变的特点,要建立其精确的模型很困难。文中从液压系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手,对悬臂及其液压驱动系统进行机理建模。在建模过程中,忽略一些对模型精度影响不大的次要因素,获得了系统的简化模型,为实现掘进截割头的轨迹跟踪和精确定位控制打下了基础。     

基于AMESim的汽车起重机液压系统仿真

为提高国内起重机液压技术水平,以某型号汽车起重机作为研究对象,利用AMESim软件对包括变幅,伸缩,起升机构在内的液压系统建立了仿真模型,分析了起重机空载情况下执行机构的复合动作特性以及变幅联,伸缩联和卷扬联换向阀节流口开口面积与通过流量之间关系,验证了负载敏感系统的阀前补偿特性,为以后汽车起重机液压系统的研究提供了重要参考.     

液压挖掘机工作装置的动力学分析及控制

对液压挖掘机的工作装置进行三自由度的动力学分析,利用拉格朗日方法建立其动力学方程,并对挖掘机计算机控制进行了改造,绘出了PID控制的框图以及铲斗轨迹跟踪方程表达式.研究结果可以用于挖掘机工作装置的轨迹规划和运动控制.     

轮式起重机控制驾驶室俯仰液压系统AMESim的仿真与优化

为提高QLY轮式起重机控制驾驶室俯仰液压系统(简称:QLY起重机驾驶室液压系统)性能,该文介绍了QLY起重机驾驶室液压系统工作原理,并在此基础上对QLY起重机驾驶室液压系统系统进行分析,利用AMESim软件对QLY起重机驾驶室液压系统建立模型,对QLY起重机驾驶室液压系统的参数进行设定,通过系统模型进行动态特性仿真,并且,通过理论计算验证了AMESim仿真的可行性,通过分析结果,来优化和完善QLY起重机驾驶室液压系统,同时为同类型产品提供设计依据。     

液压凿岩机器人机械臂轨迹规划研究

针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法.构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划.搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线...     

高空带电机器人轨迹跟踪与控制研究

针对高空带电机器人臂架轨迹跟踪问题,以该机器人的臂架系统为研究对象,建立臂架几何结构模型,应用机器人学理论,通过建立其运动学模型,实现对抓手的轨迹跟踪控制。其次,为解决高空带电机器人臂架液压系统存在的响应滞后问题,首先,建立了臂架变幅液压系统的数学模型,分析其系统的稳定性。然后,采用PID控制器对该系统进行优化。最后,在MATLAB/Simulink环境下,对优化前后控制系统进行仿真分析,仿真结果表明,加入PID控制器后,活塞缸的控制精度提高,臂架系统的响应速度大大增加,跟随能力增强。     

塔式起重机顶升过程中调平衡安全评估方法研究

在塔式起重机顶升过程中,依靠操作人员的观察来判断塔式起重机上部是否处于顶升平衡状态,该安全评判存在因人而异、因时而异的可能性,易造成拆装标准节困难和顶升液压系统故障。文中建立了塔式起重机调平衡的特征模型,即塔式起重机顶升平衡状态特征点在顶升调平横过程中的轨迹在一个随塔身高度变化(包括零点)的平行于空载点与零点连线的矩形区域内,理论平衡点是零点对应的幅度位置点。平衡状态下塔式起重机顶端特征点轨迹会在所建特征模型区域内,不平衡状态下塔式起重机顶端特征点轨迹会在所建特征模型区域外,以此来判断塔式起重机是否处于安全顶升状态,达到顶升平衡时塔式起重机顶端特征点轨迹距空载点的距离最短。文中所述调平衡安全评估法可为塔式起重机在顶升过程提供准确有效的小车平衡位置,减少顶升过程的人为失误,提高塔式起重机安拆过程安全性。     

基于目标预见时间的空间目标的轨迹跟踪控制

伺服系统使用最优预见控制去眼踪空间目标轨迹时,其实际跟踪轨迹在空间位置上很难协调一致.为此,本文从预见时间的物理定义入手,用面积误差重新定义了系统的误差函数,并利用哈密顿-雅可比函数重新构造了最优跟踪控制的性能指标并求出了基于目标预见时间的最优预见控制算法;然后通过一个伺服系统实例,仿真并证明了用这种算法去跟踪空间目标轨迹时,在不考虑位置协调参数的情况下,其跟踪性能及抗干扰能力都有较大提高.     

驱动平面机械手的液压系统建模及CMAC-PID控制研究

为了提高平面机械手运动的稳定性和轨迹跟踪精度,采用小脑模型神经网络(CMAC)控制液压驱动系统,并对机械手运动轨迹响应速度和误差进行仿真.建立液压驱动机械手简图装置,给出机械手液压驱动控制流程图.创建了液压动力装置、控制阀、液压油缸及机械手键合图模型,推导出液压驱动机械手控制方程式.设计了机械手液压驱动CMAC-PID控制结构图,利用系统仿真软件Matlab对机械手运动轨迹进行仿真;同时,与常规PID控制仿真结果进行比较.结果表明:采用常规PID控制液压驱动机械手运动轨迹,响应时间大约为0.4s,产生的最大误差大约为1.4cm;采用CMAC-PID控制液压驱动机械手运动轨迹,响应时间大约为0.1s,产生的最大误差大约为0.75cm.采用CMAC-PID控制平面机械手液压驱动系统,能够提高机械手运动轨迹响应速度和跟踪精度.     

太阳能集热装置随动跟踪液压系统设计

太阳能以其安全、清洁、无污染、储量丰富等优点逐渐受到人们的关注。针对其密度低、光照方向变化等特点,发明了跟踪装置以提高太阳能的利用率。为了提高跟踪装置精度,降低制造成本,对现有视日运动轨迹式跟踪装置提出了改进方案。设计了一种新型跟踪装置,采用液压马达驱动液压绞车带动反射镜转动跟随太阳,避免了采用双液压缸驱动时所需要的复杂轨迹规划。利用单片机控制实现装置的自动运行,设计了完整的液压驱动方案,详细描述了其工作原理,通过MATLAB仿真验证了跟踪装置液压系统的可行性。     

汽车实验用转向机器人轨迹规划

针对汽车操纵稳定性实验中的蛇行试验,为解决多约束条件下汽车实验用转向机器人生成满足实验条件轨迹的问题,研究车辆运动学模型特性,采用序列二次规划方法,以最优化轨迹的综合性能为目标,规划出满足运动学约束、速度约束、目标状态约束以及曲率连续约束的最优实验轨迹.设计模糊PID控制器,在人为控制的车速发生波动时前轮转角可进行相应调整.利用Simulink-CarSim搭建车辆模型以及轨迹规划模型,进行路径跟踪实验仿真.仿真实验结果表明,所提出的轨迹规划方法与控制方法能够生成满足车辆运动连续性要求和各项约束条件的平滑轨迹,且轨形跟踪效果较好.     

采用改进蝙蝠算法优化的并联机器人液压驱动误差控制研究

为了提高并联机器人运动平台轨迹跟踪精度,采用了改进蝙蝠算法优化并联机器人液压驱动控制机构,并对轨迹跟踪误差进行仿真.创建并联机器人液压驱动机构简图模型,给出液压驱动运动平台控制方程式,引用非线性级联控制并联机器人运动平台输出轨迹.设计并联机器人运动平台的参数变量,构造误差输出目标函数并且进行约束.采用差分进化算法融合蝙蝠算法优化目标函数,将优化后的参数输入到Matlab软件中进行误差仿真验证.同时,与蝙蝠算法优化级联控制仿真结果进行对比.仿真结果证明:采用蝙蝠算法优化级联控制,运动平台在x轴、y轴及z轴输出的最大误差分别为1.3×10~(-2),1.8×10~(-2),2.6×10~(-2) m;采用改进蝙蝠算法优化级联控制,运动平台在x轴、y轴及z轴输出的最大误差分别为1.5×10~(-4),1.9×10~(-4),2.5×10~(-4) m.采用改进蝙蝠算法优化并联机器人级联控制,能够提高运动平台定位精度.     

基于协调误差的目标轨迹预见跟踪控制的研究

针对系统已知的空间目标轨迹，提出了一种基于协调误差的空间目标轨迹最优预见跟踪控制的方法，其核心是将轨迹的协调跟踪误差和轨迹的位置跟踪误差考虑成系统的状态变量，并实施最优反馈控制。仿真分析表明，该轨迹跟踪控制方法能够有效提高系统的轨迹跟踪控制精度。     

液压机械无级变速器速比跟踪系统的试验研究

阐述了液压机械无级变速器速比跟踪系统的试验方案及各组成模块;提出了用液压次级试验台的二次元件模拟发动机特性的方法;在此基础上,对发动机目标转速与变速器负载转矩变化情况下的速比跟踪系统进行了试验.结果表明:液压机械无级变速器通过对目标速比的跟踪控制可以实现对发动机工作转速的调节,使其工作于目标转速上.     

基于运动学分析的挖掘机器人轨迹规划新方法

基于D-H位移矩阵法、工作装置的变量空间模型和三角函数关系,对液压挖掘机工作装置的运动学模型进行了深入的分析研究,推导出各变量空间相互转换的通用表达式.对传统的挖掘机器人轨迹规划方法进行分析,研究液压挖掘机实际作业的特点和需要,提出了模糊速度的概念.进一步提出一种基于控制信号实时生成的挖掘机器人轨迹规划的模糊速度法.该方法完全避免了传统方法中未知的负载和预定的运动速度之间的矛盾,从根本上保证工作装置能够以合适的速度,精确的跟踪预定轨迹.     

视频测量中人工标志点的目标跟踪

针对视频测量中不同时刻标志点的对应问题,提出了一种基于轨迹预测的目标跟踪方法。将二维图像标志点的目标跟踪问题转换为三维空间的多目标跟踪问题,建立了运动模型,从状态方程求取观测方程,用卡尔曼滤波器预测标志点在下一时刻的轨迹,根据实测位置与预测轨迹的接近程度确定对应。论文方法避开了二维图像跟踪所存在的诸多困难,提高了标志点目标跟踪的效率和鲁棒性。     

一种带渐消因子的自适应“当前”统计模型

光电经纬仪对目标跟踪时,目标突发机动时的跟踪效果较差.为此设计了一种带渐消因子的自适应"当前"统计模型.引入渐消因子增强其对突发机动的自适应跟踪能力和其鲁棒性,改进的"当前"模型改善了普通"当前"模型对一般机动目标的跟踪性能.仿真结果表明,和一般"当前"统计模型算法相比,本文提出的算法明显提高了对目标突发机动的跟踪性能.