Мехатронная система грузоподъемного крана для автоматической стабилизации положения груза и управления его движением

• Автор: Сохадзе, Александр Георгиевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 218 с. : ил.

1. Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследований

1.1 Актуальность поставленной задачи

1.2 Средства и системы автоматизации грузоподъемных кранов

1.3 Принципы автоматизации с использованием

стабилизационной платформы

1.5 Постановка задачи исследования

1.6 Выводы
2. Разработка методов и средств автоматизации управления траекторией транспортируемого груза
2.1 Принципы построения системы управления траекторией схвата грузоподъемного крана

2.2 Особенности мехатронных систем на базе грузоподъемных кранов

2.3 Методы контроля траектории при помощи нечёткой логики

2.4 Выводы
3. Разработка математической модели управляющего устройства мехатронной системы на базе грузоподъемного крана
3.1 Математическое моделирование грузоподъемного крана как объекта
3.1.1 Общие положения
3.1.2 Математическая модель МС на базе
кранов с поступательными движениями (тип I)
3.1.3 Математическая модель МС на базе
стреловых поворотных кранов (тип II и III)
3.1.4 Математическая модель МС на базе
кранов комбинированного типа (тип IV)
3.2 Математическая модель нечёткой системы управления
3.3 Синтез системы управления
3.3.1 Подсистема стабилизации траектории МС грузоподъемного крана

3.3.2 Синтез сепаратных регуляторов многоканального подвеса груза
подъёмного крана
3.3.3. Синтез подсистемы регулирования длины канатов
3.4 Выводы
4. Экспериментальные исследования и разработка рекомендаций
4.1 Компоновка управляющего устройства мехатронной системы
4.2 Метрологическое обеспечение МС
4.3 Экспериментальные исследования и рекомендации по использованию системы
4.3.1 Исследование упругих свойств стабилизационной платформы при движении
4.3.2 Экспериментальные исследования подсистемы регулирования длины канатов
4.3.3 Экспериментальные исследования процесса обхода препятствий краном
с поступательным движением
4.4 Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1 Программа расчета оптимальной траектории по заданным
критериям оптимальности
Приложение 2 Программа моделирования обхода препятствий
Приложение 3 Акты внедрения
Бурный, практически экспоненциальный рост экономики ведущих стран мира, характерный для второй половины ХХ-го века, достижения науки и техники в этот период убедительно показали, что автоматизация технологических процессов, робототехника, а с начала 80-х и мехатроника являются одной из движущих сил производства, важнейшим фактором его развития. Лавинообразный прогресс вычислительной техники и повсеместное внедрение информационных технологий (техническое зрение и распознавание образов, компьютерный перевод и голосовое общение, поиск и генерация знаний в базах данных, нейросетевые автоматы с возможностью самообучения) создали предпосылки для скачкообразного, качественного развитии техники.
Подъёмно-транспортные машины, широко применяющиеся практически во всех областях промышленности, транспорта и строительства, как правило, являются не только средством значительного облегчения технологического процесса, но и неотъемлемой его частью. При всём многообразии задач, решаемых при помощи различных типов подъёмно-транспортных машин, их можно условно разделить по степени используемой автоматизации. Уровень автоматизации конкретного технологического процесса обуславливается как типом применяемого подъёмно-транспортного оборудования, так и множеством внешних условий - номенклатурой переносимого груза, постоянством траектории, погодными условиями, периодичностью работ и т.д.
Актуальность темы. Использование грузоподъемных кранов связано с необходимостью контроля траектории перемещаемого груза. Особенно важным это является при проведении строительных и реконструкционных работ в крупных городах, характеризующихся стеснёнными условиями уже существующей застройки; обслуживании портовых терминалов и накопительных площадок; внутрицеховых перевозках мостовыми кранами. В этих и во многих других случаях существует необходимость выбора оптимальной траекто-

расплывчатое понятие «затемнённость» («яркость») показывает наличие (отсутствие) препятствия в рабочей зоне.
^ 1 £ 1’ ГДе //5о (/, у) - степень достоверности того, что точка поля зрения датчика с координатами (/, у) принадлежит препятствию или не входит в рабочую зону (величина Дуо(/,у) равна степени затемнённости точки(/,у) в случае светлого фона и тёмного препятствия).;
/ = {1,2 т} — множество дискретных координат, верхняя граница которых т определяется параметрами системы технического зрения.
В простейшем случае можно рассматривать 50 как квадратную матрицу степеней достоверности 50 = у/? ■ , у/.0 • = /у« (/, у); /, у е
Для поставленной задачи характерен тот факт, что система управления должна действовать в условиях «нечёткого» входного сигнала («расплывчатые датчики») и «чётких исполнительных механизмов», причём «нечёткость» входного сигнала обусловлена не наличием человеческого фактора, а особенностями визуального датчика, информация от которого принимается в форме специфической расплывчатой ситуации. Эта ситуация формируется самим датчиком, поэтому блок оценки состояний (пунктир на рис.2.8) можно исключить.
Жёсткие ограничения на время решения задачи распознавания геометрических параметров заданной рабочей зоны требуют построения расплывчатой модели управления типа «ситуация-действие». Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод о структуре предлагаемой модели. Она должна состоять из блока принятия решений, построенного по принципу «ситуация-действие».
Распознавание геометрических параметров рабочей зоны осуществляется сравнением входной ситуации с некоторым набором эталонных ситуаций. Эталонные ситуации, хранящиеся в специализированной базе данных, подбираются таким образом, что каждая из них покрывает некоторое число возможных входных ситуаций, являясь нечётким объединением этих ситуаций. В качестве меры близости ситуаций естественным образом используется