路锥回收机械手摆动控制系统研究与仿真

摘要

目前，我国在公路维护工作中仍广泛采用人工布放与回收路锥的方式，其主要存在工作人员的安全问题、劳动强度问题和效率问题。研制一种能够自动实现路锥布放与回收功能的专用车辆，代替人工操作，将彻底解决上述问题。在本实验室所设计的方案中，路锥回收机械手是该车的核心系统之一，其摆动角度的位置精度直接决定路锥回收工作的成功与否;摆动过程中速度变化的平稳性将影响其与传送系统之间动作的等待时间，对回收效率造成影响。
　　首先，对本实验室所设计的路锥布放与回收车的构成及路锥回收机械手的功能进行分析。通过对路锥回收机械手与传送系统协同动作要求的分析，提出其摆动过程中需要解决的问题。为解决所提出的问题，提出三种方案，从经济性和技术实现两个方面对所提出的方案进行对比分析，确定电液比例控制系统作为实施方案。
　　其次，在对路锥回收机械手摆动控制系统的构成及工作原理进行分析的基础上，依次建立其各主要元件及整个系统的数学模型。从构成参数对系统性能的影响这一角度，对所建的模型进行分析，并建立该系统的AMESim仿真模型。
　　再次，对系统的稳定性和动态特性进行分析，尝试对系统进行校正以改善其性能。在常规增益校正未取得理想效果的情况下，同时考虑到PID控制与模糊控制所存在的不足，提出将两种方法融合构成模糊自整定PID控制的方法对系统进行校正。基于Simulink完成三种控制器的设计，并建立它们各自的仿真模型。
　　最后，在AMESim环境下，建立路锥回收机械手摆动控制系统的联合仿真模型，并生成S函数。在Simulink中分别采用上述控制器调用该S函数，进行联合仿真。
　　仿真结果表明，以电液比例方向阀为核心元件构建的路锥回收机械手摆动控制系统，在模糊自整定PID控制算法的作用下，摆动角度的控制精度较高、摆动速度变化平稳、动态特性好，可有效提高路锥的回收效率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外现状及发展趋势

1．3 主要内容

2 路锥回收机械手摆动系统方案研究

2．1 路锥回收机械手概述

2．2 液压及控制方案研究

2．3 系统构成及工作原理

2．4 本章小结

3 路锥回收机械手摆动系统仿真建模研究

3．1 液压系统仿真建模的主要方法

3．2 AMESim与Simulink联合仿真简介

3．3 路锥回收机械手的数学模型

3．4 直动式比例方向阀的数学模型

3．5 阀控摆动马达动力机构的数学模型

3．6 光电编码器数学模型

3．7 路锥回收机械手摆动系统的建模研究

3．8 本章小结

4 路锥回收机械手控制算法研究

4．1 路锥回收机械手摆动系统的稳定性及动态特性分析

4．2 PID控制原理分析及其控制器设计

4．3 模糊控制原理分析及其控制器设计

4．4 模糊自整定PID控制原理分析及其控制器设计

4．5 本章小结

5 路锥回收机械手摆动控制系统仿真分析

5．1 联合仿真模型的建立

5．2 仿真模型参数设置

5．3 仿真结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况