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
( g- V% x# t1 S/ E6 Q! m: r+ M, e2 d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．
duC812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
9 j) a' o$ D, s* _( k序编写以及通讯协议设计。
1引言
2 E5 V- A; X& h5 ?5 D7 I1 T2 b多机协调吊装系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂
1 U+ W2 B; a9 U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
7 e- i- c2 K1 n9 J% {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
& @, k( e  T/ E, o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。
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
  w$ n$ K! |; G/ M' m% z$ r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
, t! o6 r* q( s% R9 q7 p, ]( }讯采用无线通讯方式。
2控制系统总体框图设计
. c  C, G6 S( q& w4 m3 G1 _! n; b/ @考虑到集成度和可靠性因素，采用具有MD功能的ADI公
0 e: ]6 P( t  N/ K) z司AduC812单片机为主控器件，转向检测与转速控制采用
, W, u1 U# ^  tcpld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
1 u! E. X  d& D: q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。
( F: y# m4 e( i/ B双轴倾角传感器SCAIOOT。采用的力传感器是LYB一5一A型应
: E7 I' ^1 ^; R4 b3 U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
0 [. }) Y1 j' n3 h" @传感器因过载而损坏。
; B9 t4 u# R5 l# m4 [7 H$ C2 \/ {9 b3控制系统硬件详细设计
& E  a) G8 N6 i# r9 _1．主控单元设计。包括以下几部分：复位电路．A／D采集输入
2 ^1 `5 \4 U$ n- X8 F( ~# k缓冲电路和CPLD部分。
(1)复位电路。在设计中使用MAX708来复位ADuC812。因
$ E0 |6 O* X, ?8 S! |' p为ADuC812芯片对复位电路要求比较严格，采用普通的电阻电
) H3 s4 M" u. w* o( h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
3 P  z7 b4 ^7 i) |! U& g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
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
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
RAILTO RAIL四输入运放0P462组成输入缓冲器，每个运放输
- m5 Q4 u6 }- i( Q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，
" U6 O7 V( ^6 p8 |( ~3 M
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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