基于MAS的多塔机防碰撞控制系统研究

摘要

为提高施工效率,在同一建筑施工现场经常需要同时布置多台近距离交叉作业的塔机,这些塔机之间存在碰撞可能,于是,预防塔机之间的碰撞,提高施工的安全,成为人们的关注热点.本论文以多塔机防碰撞问题为背景,建立了基于多Agent的分布式塔群防碰撞系统模型,分析了系统软件与硬件结构,研究了塔机之间的通讯和防碰撞算法,设计了系统远程监控软件,从而构成了一个完整的多塔机防碰撞控制系统.将多Agent系统理论引入到分布式建筑工程领域,建立了基于多Agent系统的塔群防碰撞控制系统模型,与此同时,分析了个体Agent功能模块,制定了多Agent之间的通讯机制.针对半双工的无线通讯工作特点,采用广播方式与令牌环传输相结合的通讯模式,通过Agent在交互过程中角色的变换实现了通讯网络故障监视及网络重组,解决了无线通讯中的干扰影响以及实际工况下塔机工作时间的不确定性问题. 分析了系统状态监测与控制输出的功能要求,设计了基于PC104总线的增量式旋转编码器计数电路,建立了基于PC104嵌入式系统的控制器硬件系统.与此同时,采用并行处理思想和模块化的结构进行了软件设计:以数据库为核心,系统两个流程一通讯流程和数据采集与处理流程分时并行处理,保证了系统的实时性与快速性；采用模块化的结构,每个功能模块完成相对独立的功能,保证各个模块可独立开发、独立维护,有利于软件的后续开发.针对系统静态参数修正问题,设计了基于PC机的系统监控软件,利用面向对象的编程思想实现了塔群状态的远程监测、静态数据的远程设置以及静态数据的自动修正. 系统在由10台塔机组成的塔群中进行测试,结果表明:多Agent系统理论引入到分布式建筑工程领域是可行的,所开发系统的实时性和抗干扰性均能满足实际工程的需要.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究现状

1.3课题的主要研究工作

1.3.1课题的主要工作

1.3.2课题主要难点及章节划分

2基于多Agent系统的塔群安全防碰撞系统模型

2.1 Agent和多Agent系统

2.1.1 Agent的定义和特性

2.1.2多Agent系统及其体系结构

2.2分布式多Agent的塔群防碰撞系统模型

2.3塔群防碰撞系统多Agnet之间的通讯

2.4本章小结

3 Agent硬件功能的实现

3.1 Agent主控制器的选择

3.2塔机运行状态信息的获取

3.2.1塔机转角信息采集

3.2.2小车变幅幅度、吊钩高度信息采集

3.2.3塔机的起重量信息采集

3.2.4现场风速信息采集

3.3控制信号输出电路设计

3.4数据采集卡的选择

3.5 Agent总体结构及系统地址分配

3.6系统电磁兼容性设计

3.7本章小结

4 Agent系统软件设计

4.1概述

4.2系统软件总体方案

4.3信号采集与传感器标定

4.3.1信号采集的实现

4.3.2标定算法设计

4.4图形局部放大显示

4.5塔机防碰撞算法研究

4.5.1塔机运行过程中的碰撞问题

4.5.2环境区域设置以及塔机与环境防碰撞原理

4.5.3塔机与塔机的防碰撞算法

4.6塔机起重力矩监控功能的实现

4.7系统控制输出模块

4.8系统软件抗干扰措施

4.9本章小结

5基于PC机的多塔机作业监控软件

5.1基于PC机的监控软件功能概述

5.2塔群状态监测

5.3塔机静态数据修正

5.4本章小结

6结论与展望

致谢

参考文献

附录

在校学习期间所发表的论文、专利、获奖