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在役管线检测车举升机构有限元分析及控制策略研究
| 论文题名： | 在役管线检测车举升机构有限元分析及控制策略研究 |
| 关键词： | 举升机构;有限元分析;优化设计;系统建模;轨迹跟踪控制;模糊控制;管线检测车 |
| 摘要： | 管道检测是石油工业生产中的重要环节，特别是高压注气管线检测技术在我国仍属空白。在役管线检测是针对辽河油田高压注气管道的一个实际项目。它不仅具有深远的理论和学术价值，而且具有巨大的工程意义。 本课题针对在役管道检测装置中的检测载体—检测车举升臂架进行研究，它是能否实现在役管道正常检测的重要基础工作。本文正是以检测车举升臂架 (举升机构) 为研究对象，采用 ANSYS 有限元分析软件设计了举升机构，并进行了举升机构的动力学建模、轨迹跟踪模糊控制和控制系统仿真。 在举升机构的设计部分，根据给定的作业范围，选用两节弯曲式作业检测车举升臂架臂，并对工作台离地间隙、上(下)臂长、作业臂截面等尺寸进行初选定，计算各臂最大举升角及举升臂最大作业面积。根据举升机构在最大作业高度和最大作业幅度下施加载荷，对作业臂进行有限元分析，得出了工作臂的应力和变形图，确定了危险点并校核了强度和刚度。又通过对作业臂的模态分析，确定了作业臂各阶的固有频率和振型。另外，对应力集中处，提出了结构改进的方法，进一步完善举升机构的结构设计。在保证了作业臂的强度和刚度以后，以总重量为目标函数，以截面尺寸为优化设计变量，利用ANSYS 软件进行了有限元优化设计，优化后，作业臂截面尺寸明显减少，总重量明显减轻。达到了减轻整机自重，节约材料，减少成本的目的。 在举升机构控制策略研究部分，以举升臂架为研究对象，进行了动力学建模、PID控制、轨迹跟踪模糊控制和控制系统仿真。举升机构的动力学建模，首先采用常规拉格朗日法建立机械臂部分的动力学模型；然后利用非对称液压油缸建模的一般原理，建立基于状态空间的单出杆液压油缸和液压马达的数学模型；最后两者结合就得到考虑驱动系统影响的举升机械臂动力学模型。举升机构的控制，就是通过控制液压油缸、液压马达的驱动力，使机械臂能按期望的运动路径运动使工作斗达到精确的检测位置。根据举升机构系统的特点，分别采用PID控制器和模糊控制器进行轨迹跟踪控制，研究工作中对一个二自由度机械臂进行控制规律研究。最后的仿真结果表明，轨迹跟踪模糊控制能取得更理想的效果，同时也验证了该控制策略的可行性和有效性。 |
| 作者： | 盖晓华 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 原培新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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