基于ADAMS的船载特种起重机动力学仿真与控制研究

论文摘要

本文建立了基于ADAMS与MATLAB的船载特种起重机联合控制仿真系统,并采用模糊小脑关节控制器(FCMAC)作为伺服控制器对该系统进行了动力学仿真与控制研究。船载特种起重机是一种用于快速转移和填装物品的船用起重机系统,它的应用正日益广泛,对它的仿真设计与控制研究具有很大意义。由于其工作状态是通过各关节的驱动产生杆件的运动,使悬系于末端的负载能被运送并装填到指定的地点。因此,所研究的船载特种起重机系统可以考虑成一种多关节的船用机械手臂系统,这样论文首先借鉴机械手臂的数学建模方法对船载特种起重机的运动学与动力学方程进行了推导,建立了该特种起重机的数学模型。其次论文选用了虚拟样机技术软件ADAMS对船载特种起重机进行了运动学和动力学建模并通过仿真测试了模型的运动性能和验证了模型建立的合理性。由于船载特种起重机在工作时受到各种随机干扰以及吊物摆动造成的负荷变化影响,因此它是一种复杂的多输入多输出非线性耦合系统,具有时变,强耦合及非线性的动力学特征,控制难度加大。而智能控制在控制和处理这种非线性映射关系上具有独特的优势。论文在对模糊逻辑控制及小脑模型关节控制器(CMAC)做了深入研究的基础上,分析了它们各自的优缺点,然后把二者结合形成了一种适合船载特种起重机控制的模糊小脑模型关节控制器(FCMAC)。该模糊小脑关节控制器既具有模糊控制的推理归纳能力,又具有CMAC的快速自学习能力,能够更好的适应该系统的控制。论文应用FCMAC控制方法对所建立的船载特种起重机系统模型进行了轨迹跟踪控制仿真研究,MATLAB仿真结果显示了FCMAC能够很好的进行轨迹跟踪,表现出了良好的控制效果。最后论文将基于ADAMS的船载特种起重机动力学模型与MATLAB中Simulink下的控制系统结合建立联合控制系统,并结合所研究的FCMAC控制方法对船载特种起重机系统进行动力学仿真与控制研究。联合仿真取得了较好的轨迹跟踪效果,验证了FCMAC的控制效果和性能,同时也说明了将虚拟样机技术与控制系统仿真技术相结合的仿真方法是可行的。这种联合仿真的方法拥有直观、快速、低成本、高质量的特点,它为复杂系统的控制与仿真研究提供了较好的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 虚拟样机技术发展概述
• 1.3 模糊理论发展概述
• 1.4 CMAC 发展概述
• 1.4.1 CMAC 的诞生与发展
• 1.4.2 CMAC 的应用
• 1.5 论文的研究内容
• 第2章 船载特种起重机数学模型的建立
• 2.1 位置与姿态描述
• 2.2 齐次坐标变换
• 2.3 船载特种起重机的运动学建模
• 2.4 船载特种起重机的动力学建模
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于ADAMS 的船载特种起重机建模
• 3.1 ADAMS 软件的特点与应用
• 3.2 ADAMS 主要模块
• 3.3 ADAMS 建模流程
• 3.4 基于ADAMS 的船载起重机模型建立
• 3.4.1 船载特种起重机结构
• 3.4.2 创建模型
• 3.4.3 测试模型
• 3.4.4 完善渲染模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于FCMAC 的船载特种起重机控制研究
• 4.1 模糊逻辑理论
• 4.2 CMAC 网络
• 4.2.1 CMAC 网络的特点
• 4.2.2 CMAC 的工作原理
• 4.2.3 CMAC 的映射关系
• 4.3 FCMAC 控制
• 4.3.1 FCMAC 控制的特点
• 4.3.2 FCMAC 的工作原理
• 4.3.3 FCMAC 的学习算法
• 4.4 基于FCMAC 的船载特种起重机控制
• 4.5 基于FCMAC 的船载特种起重机控制仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于ADAMS 与MATLAB 的船载特种起重机联合控制仿真研究
• 5.1 确定船载特种起重机系统的输入输出
• 5.2 基于ADAMS 与MATLAB 的船载起重机控制系统设计
• 5.3 基于ADAMS 与MATLAB 的船载起重机动力学控制仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢