起重机智能系统的发展与应用毕业论文Word下载.docx

1、起重机的基本结构包括硬件结构和软件结构，具备感知、规划、动作、协同、学习以及决策控制等某些智能能力。讨论目前智能起重机的研究状况，对起重机智能系统的应用进行举例，分析需要解决的科学问题并对其未来的发展方向进行了展望。关键词：起重机；智能起重机；智能系统目 录内容摘要 I 引 言 1 智能起重机的定义 2 国内外研究现状及分析 3 安全监控和故障诊断 3 精确定位和智能防摆 3 结构智能优化设计 4 遥控技术 5 智能防撞 5 机器人化起重机 6 智能起重机的基本结构 7 智能起重机的硬件结构 7 智能起重机的软件结构 9 起重机的智能化研究的应用 11 起重机的智能化研究的展望 12 智能起重

2、机的体系结构 12智能控制的新理论与新技术 12 多传感器的信息融合 12 学习控制技术和方法的研究 13智能人机接口 13 智能路径规划 13 智能结构优化设计的新方法 13 结 论 14 参考文献 15引 言传统起重机在工作过程中频繁的启动、制动以及传送货物时受外界各种因素的干扰（如风力、摩擦力、电机力矩转动等），使得起重机所吊重物发生来回摆动。由于载荷摆振的存在，对起重机操作人员的技术水平要求就比较高。以电厂为例，起重机力矩为2000tm的大型起重机在电厂设备吊装上应用越来越广泛，它的工作效率的高低，将直接影响电厂的施工进度和施工企业的经济效益。大型起重机在吊装过程中产生的负载摆动会对起

3、重机金属结构产生周期性的倾覆力和扭矩，并使得吊装的定位精度降低，辅助工作时间延长。传统起重机的作业完全依靠人为操作，由于司机操作室内视野有限，操作人员很难将重物放在准确的位置上，常常需要现场的专业指挥员协助引导，这样不仅作业效率低而且对现场人员来说也会产生危险。传统的起重机已经跟不上时代的脚步，满足不了现代快速变化的世界。起重机广泛应用于车间、电站、仓库、港口码头、海上钻井平台、高层建筑等场所，要求安全可靠、先进、快速、精确定位及运行平稳，并趋向大吨位、高效率、智能化及多用途方向发展。与此同时, 用户对其工作性能、操作舒适性、自动化程度、工作安全可靠性、设备故障监控诊断能力等方面的要求也越来越

4、高。所以必须采用智能起重机来满足需求。国家经过多年的探索，确定了利用机器人技术改造现有工程机械，即研制智能化工程机械。智能化工程机械涉及机、电、液、声、光等学科，以计算机技术、控制技术、微电子技术、传感器技术等为基础，将多种技术组合起来进行机械内部的信息处理。而智能起重机属于智能化工程机械的一种，对智能起重机系统进行研究与探索具有重要的理论价值和实际意义。1 智能起重机的定义 起重机械用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，它可以减轻体力劳动、提高劳动生产率和在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，实现机械化和自动化1。而智能起重机是能完成起重机各种任务的具有自动控制的操作和移动功能、

5、可编程功能、人机交互功能和自诊断功能，具有高度灵活性的自动化机器系统。智能起重机由起重机基本功能层、传感器层、信号采集执行层、控制层和人机交互层组成。它具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力、协同能力、学习能力以及决策控制能力。它是一个多变量多耦合的非线性系统，涉及到机械、电力电子、计算机、液压、自动控制、信息和传感技术、人工智能、通讯与网络等多门学科和领域。智能起重机的研究范畴应包括智能监测、智能控制、智能规划以及智能结构设计等方面。起重机智能监控系统是一个完全由计算机控制的独立安全操作系统。它能自动检测起重机质量和吊臂角度，并能显示其额定载荷、实际载荷、工作半径和

6、吊臂角度2。起重机监控系统实时监控和检测起重机的工作状态，并具有自己的诊断功能、快速危险状态报警和安全控制。具有黑匣子功能，可自动记录运行中的危险工况，为事故分析和处理提供依据。智能规划中路径规划是现在研究的热点和方向。起重机的智能结构设计，例如芬兰通力起重机公司对其所有产品采用三维仿真设计，并对每个应力点进行仿真计算，使每个附件都能发挥理想的作用；通力起重机公司已经根据预编程程序和设计标准开发了高质量、高效和先进的设计软件，以确保起重机的安全性和可靠性。2 国内外研究现状及分析在提高或改进起重机的自动化程度方面，国外研究起步较早，在理论研究和技术应用方面都取得了一些成果，所研制的起重机在安全

7、监控、节能降耗、控制性能几方面都具有较高的水平。虽然国内也有人对起重机的某些范畴进行了研究，但主要还是以模仿国外的方法为主。目前国内外在起重机智能化的某些方面的研究，主要包括以下几点：2.1 安全监控和故障诊断起重机的安全问题是首要问题，对起重机进行安全监控是保障其安全运行的一项重要措施，监控技术的水平直接反映起重机的安全性能。利用可编程控制器PLC 模块以及人机交互模块等为操作人员提供更直观、全面的系统工作参数和状态信息，进而提高整机控制技术水平和应用效率，具有图形化、交互式显示、监测及智能诊断等功能，实现整个体系的集中诊断接口以及安全监控，可大大降低劳动成本，提高生产效率。利用人工神经网络

8、理论对起重机机械系统工作状态进行智能监测和故障诊断，快速确定故障类型，提高了故障诊断率。随着全球集装箱运输业的发展，各起重机制造商对港口的集装箱装卸起重机设备，都在不断地朝着先进、快速、安全、可靠以及低成本的方向进行针对性的开发研制。远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet等，对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。远程监控技术广泛应用于工业生产现场设备分布零散或数据不易采集的场合，实施及时地监视设备的运行状态并进行有效控制。近年来，起重机的远程监控技术发展迅速。通过工业网络技术

9、，采集起重机的各种电控系统的信号或信息，实现起重机电控系统的全面计算机图形化监控、故障监控和跟踪，对起重机的运行状态、工作内容的监控和工作量的统计，有效提高生产管理水平；通过远程服务和远程监控手段，可以实现快速服务响应，极大提高设备故障排除时间，保障设备完好率。将先进的计算机技术、控制技术、网络技术、通讯技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术等应用到起重机中，开发出新的计算机监控管理系统，实现智能人机接口，是起重机安全监控和故障诊断的一个重要发展方向。2.2 精确定位和智能防摆起重机在工作过程中，由于大、小车的加减速和负载的提升动作以及风力、摩擦引起的扰动导致重物的来回摆动，这不仅会严重影响

10、作业效率，而且容易造成事故。例如在冶金浇铸工厂，起重机将盛有金属液的钢水包迅速运抵浇铸口上方进行浇铸，这一过程要求起重机的动作迅速而准确。由于钢丝绳的摆动，轻则加大起重机的运行时间，造成金属液过早的冷却，降低产品的质量和工作效率；重则导致金属液溅到浇铸口外，引发安全生产事故。为此, 起重机的精确定位和防摆控制越来越受到广泛关注。针对起重机的精确定位和防摆控制，国外学者采用的控制方法多种多样，诸如经典控制、现代控制、最优控制、自适应控制、非线性控制、模糊控制、神经网络控制、滑模变结构控制以及多种控制方法的结合。美国学者Hanafy设计了PD位置控制器和防摆控制器3,其中防摆控制器基于两种技术设计

11、:延时反馈控制技术和模糊逻辑控制技术，并对控制方案进行了仿真和测试。设计了一种基于神经网络的自由度PID控制器，实现汽车定位和负载防摆控制，并与基于神经网络的PID控制器进行了比较。仿真结果表明了该控制方案的有效性。Kony起重机针对一些特殊行业，使用激光装置来寻找提升物体的重心，并依靠超声波传感器来引导物体抓取装置抓取物品。大型车和小型车使用编码轨道系统测量路径，提升高度由恒张力测量电缆和角度发生器测量。起重机使用磁场转换器或激光来实现高精度定位。近场感应系统安装在起重机上，以避免起重机之间的碰撞。当采用无线遥控时，负载称重也可以显示在遥控发射器上。起重机还配备了微机自诊断监测系统，可提供大

12、部分日常维护和检查内容，如钢丝绳状况、减速器油温和油位、车轮轴承温度、起重机负载、应力和振动状况、制动器摩擦衬片寿命和温度状况等。20世纪80年代，中国开始研究起重机定位和防摆动控制。华克强等人早些时候参与了这项研究。山东建筑工程学院的李伟是发表过许多起重机防摆动文章的学者之一。西安交通大学的董肖明等人设计了最大和最小时延滤波器，并将最小和最大优化算法引入时延滤波器控制器，以最小化系统参数范围内的最大剩余振荡。中国科学院的刘殿通提出了一种基于目标的动态加权模糊控制器。通过模糊推理获得的加权系数被动态地连接到每个子目标模糊控制器，以在控制过程中协调每个家庭目标模糊控制器。仿真结果表明了该方法的有

13、效性。2.3 结构智能优化设计长期以来, 由于一些条件的限制和对起重机安全方面的过多考虑, 所设计的起重机均具有太大的安全系数, 消耗原材料多, 结构不合理, 效率较低。加强起重机新型结构的大胆探索和积极创新，对加速我国起重机行业的发展和完善具有很大的理论意义和实际意义。随着以有限元为代表的结构分析能力的完善以及智能优化算法的发展，使得结构优化设计这一新方法开始进入应用阶段。提高起重机的技术性能，减轻起重机的自重，对起重机金属结构进行优化设计，是起重机械研究的重要方向。目前应用于结构智能优化设计的方法主要有遗传算法、模拟退火算法、神经网络等。芬兰科尼起重机公司对其所有产品采用三维仿真设计，并对

14、每个应力点进行仿真计算，使每个附件都能发挥理想的作用。起重机采用相同的标准方法进行设计，并选择Kony的标准零件。全世界的通力工程师都可以采用公司开发的软件。方便先进的工程软件使起重机设计更加方便可靠。钢结构的优化设计和零件的正确选择确保了起重机的安全性、可靠性、等级适宜性和使用寿命的稳定性。随着起重机的高速化和大型化，有必要进一步研究起重机的载荷变化、动态特性和疲劳特性。进一步开展整机及其零部件的可靠性试验研究，为起重机的设计提供新的方法和数据。极限状态设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计和疲劳设计将得到更深入和全面的应用。2.4 遥控技术为满足不同场所的需要，遥控起重机应运而生。由于起重机作业场所多样化，尤其在冶金和化工领域的高温、高粉尘和有毒等恶劣环境和超高、露天等特殊场所下作业，遥控式起重机的应用范围更为广泛。遥控操作方式具有改善劳动条件及方便操作等特点，可以避免起重机脱轨或重物坠落可能引起的人身事故。开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，复杂条件下的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。