基于自适应pid模糊控制的吊装系统研究

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摘要：多台吊装机在空中通过吊装物件的缆绳相互联系、相互耦合，这既需要各架机器按控制系统平衡稳定控制指令实时地
4 O2 t0 ]& n% y) f# k: U调整拉力大小和方向，以保证被吊装物件的平衡。本文以协调吊装系统平台控制系统设计为主要研究对象。设计了以A．
0 @& [2 e4 M, v6 ^! L8 LduC812单片机为主控器件的无线通讯控制系统。其中，主要包括以下工作：多机协调吊装控制系统的电路设计、底层控制程
序编写以及通讯协议设计。
* \0 U1 k' ~( P9 O1引言
$ u; u5 M$ V2 \1 ]2 c$ o9 E6 u5 @多机协调吊装系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂
1 h) M* F* D- c系统。因空问耦合性强，有控制非常复杂，计算量较大的特点。因
" R: s8 K, t# _9 z此，厶理的控制系统设计和良好的机械结构传动，是实现多机协
# m- j" u/ O! M调吊装系统稳定运动与姿态调整的基础。本文重点研究了多机
协调吊装平台控制系统设计和控制算法两个问题。
5 I* M0 I! C6 {8 J8 ^' M2 Z控制系统需要完成的功能：1)电机转向，转速检测与输出控
0 p# G( S7 E# \+ C$ E9 m+ i制；2)rTJ装物体姿态检测；3)吊索拉力检测；4)与上位机的通讯
功能：电机转向检测与转速控制采用码盘数字信号，力传感器为
, f9 A: K  k! {0 u1 b$ J模拟量，吊装物体姿态检测采用水平仪为模拟量；与上位机的通
讯采用无线通讯方式。
0 b2 f2 v! x( e2控制系统总体框图设计
9 h1 J! ]: R6 K" E" Y考虑到集成度和可靠性因素，采用具有MD功能的ADI公
# y9 d* ~7 R1 `: w+ S司AduC812单片机为主控器件，转向检测与转速控制采用
" d( f6 n+ p9 ~- N4 e# @& K! acpld芯片完成。整个系统的结构如图1所示。其中，电源芯片
采用7805，复位芯片采用MAX708。同时，采用sT公司L298N为
电机驱动芯片，ADI公司0P462为缓冲芯片，REFl95为A／D转
换电压基准芯片。
双轴倾角传感器SCAIOOT。采用的力传感器是LYB一5一A型应
; f8 K1 l7 h2 y" ^) @变力传感器具有精度高、复现性好的特点。需要特别强调的是：
由于力传感器的过载能力有限(150％)，所以，在实际使用过程中
应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，极易导致
8 G+ j4 D; ?, s' k, V  S( E6 \* V传感器因过载而损坏。
3控制系统硬件详细设计
1．主控单元设计。包括以下几部分：复位电路．A／D采集输入
" ^* G' Q1 k) `! p0 D1 ]缓冲电路和CPLD部分。
! b& J3 Y/ e: ?; D: {' n8 ]4 b* A(1)复位电路。在设计中使用MAX708来复位ADuC812。因
; L3 A# a8 i7 J& e& K* a为ADuC812芯片对复位电路要求比较严格，采用普通的电阻电
% V+ R1 S1 d* p, ~  _4 b容式复位电路时，上电后，单片机工作不稳定。
. D, e& M8 ~- yf2)A／D采集输入缓冲电路。AdnC812中的A／D转换器包
0 j; C, z' s) T. B7 |, \含了一个8通道．5 US转换时间．精度自校准．12位精度逐次逼
) e, x' u' f6 f- }6 q近的ADC转换器：由电容式DAC的常规逐次逼近转换器组
. v9 r4 j4 J, P& X  ^  o$ z1 V成。无论什么时候，只要选择了新的通道，来自2pF的取样电容
, Y3 D1 M5 i- W6 K/ f4 l器的驻留电荷都会产生瞬间的冲击，可以在软件中插入延时，以
使在通道选择之后和转换之前的信号稳定下来。但通过硬件设
: \* @6 ?1 b( ]2 K0 J3 c计可以减轻软件设计的负担。一种硬件解决办法是选择非常快
速的运算放大器来驱动每个模拟输入端，故本电路采用两片
RAILTO RAIL四输入运放0P462组成输入缓冲器，每个运放输
出都串接有5l欧电阻和0．01 U F电容组成的低通滤波网络，
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自适应pid模糊控制这种算法用处很广