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
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．
' e9 \6 `# ]' D% E, Q/ q# Z' oduC812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
/ e3 _2 R% N; }' ^序编写以及通讯协议设计。
1引言
多机协调吊装系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂
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
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
9 F" ]4 r9 x4 t# k$ e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。
% ?6 s5 Q4 b7 f8 d+ r+ [控制系统需要完成的功能：1)电机转向，转速检测与输出控
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
& T  @: s$ @0 F0 E: z" j" v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
7 V, P) R. r0 |/ x& a$ V讯采用无线通讯方式。
' L  a3 }$ y' f& W& P, l* y7 R9 t2控制系统总体框图设计
考虑到集成度和可靠性因素，采用具有MD功能的ADI公
司AduC812单片机为主控器件，转向检测与转速控制采用
* Q# ^, C4 K6 g# q  h9 ycpld芯片完成。整个系统的结构如图1所示。其中，电源芯片
. Y, J0 C% }  _& K- w1 g8 x+ d, G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
! R0 H* V4 [5 @8 u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
' X$ O& \8 J8 D: I9 h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
; {6 p) x7 T8 j4 A9 h  e传感器因过载而损坏。
2 r- [4 i) m/ n( D! c  y3控制系统硬件详细设计
# C( D" q3 J, K  m7 P1．主控单元设计。包括以下几部分：复位电路．A／D采集输入
缓冲电路和CPLD部分。
1 Z  C, A# n- ]+ O' f: {(1)复位电路。在设计中使用MAX708来复位ADuC812。因
/ o0 K1 N3 V" K为ADuC812芯片对复位电路要求比较严格，采用普通的电阻电
, a; t+ h8 G! c, ^; O8 x1 Y; C容式复位电路时，上电后，单片机工作不稳定。
f2)A／D采集输入缓冲电路。AdnC812中的A／D转换器包
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
. v+ J, r7 |1 h6 ]6 g近的ADC转换器：由电容式DAC的常规逐次逼近转换器组
成。无论什么时候，只要选择了新的通道，来自2pF的取样电容
$ d5 K" A: h7 _1 N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
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
( o7 c$ N6 M( x. WRAILTO RAIL四输入运放0P462组成输入缓冲器，每个运放输
! [( K# U) r/ j% v8 p4 X; m" L, s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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埋头拉线ing

自适应pid模糊控制这种算法用处很广