自主式摊铺机行走系统运动建模与控制的研究

论文摘要

本文对自主式摊铺机行走系统的运动建模和控制进行了研究。在深入了解自主式摊铺机的作业环境的基础上,运用地面力学的理论知识对摊铺机牵引力和运动阻力综合计算,建立自主式摊铺机行走系统的动力学模型；采用机器人坐标系和地面坐标系,考虑自主式摊铺机摊铺路面时内外侧履带打滑率对摊铺机姿态的影响,建立自主式摊铺机行走系统的运动学模型；实现对自主式摊铺机行走系统在摊铺环境中的动力学和运动学系统的有效描述。本文通过分析综合大量资料和文献,讨论行驶液压驱动系统液压泵、马达以及相关比例阀的控制模式,分块建立了斜盘倾角位置回路、活塞-斜盘倾角调解机构、泵-马达组合系统、马达-内外侧履带驱动轮角速度环节等传递函数和负载的等效处理,构造整个行驶液压驱动系统的动态特性数学模型。针对自主式摊铺机行走系统作业要求,设计摊铺机行走控制系统。该系统由运动规划单元、轨迹误差计算、轨迹跟踪控制等模块构成,并分别设计各部分的功能。针对通常状态时间轨线规划采用等间隔点,往往不能满足精确控制要求的特点,提出了一种模糊控制的不等分状态时间轨线规划方法。该轨线规划方法可根据摊铺机位置与目标点的距离和角误差,实时调整目标点的距离。通过对履带式摊铺机轨迹误差的分析,将控制误差分为由内外侧履带不对称等引起的内部误差和由地面情况不均匀等引起的外部误差分别考虑,设计了基于模糊专家的交叉耦合控制器。采用交叉耦合控制器构成摊铺机速度控制的内环,以纠正系统内部误差；采用模糊专家控制器构成摊铺机位移控制的外环,纠正系统外部误差,实现了自主式摊铺机的准确运动控制。最后利用MATLAB/SIMULINK软件建立仿真模型,完成对自主式摊铺机行走控制系统的动态特性仿真分析,验证所建摊铺机行走控制系统模型的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 自主式摊铺机行走系统的研究背景及意义
• 1.2 自主式摊铺机国内外研究现状
• 1.3 自主式摊铺机行走系统的国内外研究现状
• 1.3.1 自主式摊铺机行走驱动系统的国内外研究现状
• 1.3.2 自主式摊铺机行走控制系统的国内外研究现状
• 1.4 自主式摊铺机行走系统运动建模技术研究
• 1.5 自主式摊铺机行走系统运动控制研究
• 1.6 本文的主要研究内容
• 2 自主式摊铺机工作环境及地面力学理论研究
• 2.1 自主式摊铺机的工作环境
• 2.2 车辆-地面相互作用力学—地面力学
• 2.2.1 塑性平衡理论
• 2.2.2 地面参数测量理论
• 2.3 小结
• 3 自主式摊铺机行走系统运动建模研究
• 3.1 自主式摊铺机行走系统及工作要求
• 3.1.1 自主式摊铺机行走系统履带牵引力模型
• 3.1.2 摊铺机行走系统运动阻力模型
• 3.1.3 自主式摊铺机行走系统运动学模型
• 3.1.4 自主式摊铺机行走系统动力学模型
• 3.2 自主式摊铺机行走系统液压驱动系统模型的建立
• 3.2.1 行驶液压驱动系统控制模式
• 3.2.2 自主式摊铺机行驶液压系统模型
• 3.3 小结
• 4 自主式摊铺机摊铺运动控制研究
• 4.1 自主式摊铺机运动控制系统设计
• 4.2 自主式摊铺机行走系统运动规划
• 4.2.1 摊铺机路径规划
• 4.2.2 自主式摊铺机行走系统状态时间轨线规划
• 4.3 摊铺机轨迹跟踪控制
• 4.3.1 基于交叉耦合控制的履带摊铺机内部误差补偿
• 4.3.2 基于模糊专家控制的摊铺机行走系统外部误差补偿
• 4.4 小结
• 5 自主式摊铺机行走系统仿真研究
• 5.1 仿真软件的选择和简介
• 5.1.1 MATLAB简介
• 5.1.2 SIMULINK简介
• 5.2 仿真模型的建立
• 5.2.1 数学模型
• 5.2.2 仿真模型
• 5.3 动态特性仿真分析
• 5.3.1 仿真参数的确定
• 5.3.2 仿真计算
• 5.3.3 仿真结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 （攻读学位期间的主要学术成果）
• 致谢