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智能气垫车运输的研究
- 2020-10-21-

气垫运输车是应用于大负荷的特殊搬运平台,特别适合搬运难以灵活移动的重负荷和振动、要求稳定性的大型精密设备,对使用环境受到限制、大吨位负荷的灵活搬运有重要的研究意义。由于装备制造业和重工业的应用推进和特殊环境下特殊搬运的需要,气垫车和气垫控制具有重要的研究意义。聚合炉环境受到很多限制,但气垫车的路径规划灵活,集成度高,良好的控制性对ITER环境中的应用有很大的好处。对于核聚变炉零件和车厢系统的运输,气垫车运输要求通过远程控制从热室定位到真空室,完成对接等一系列工作,实现气垫车全过程的稳定行驶和有效装载。因此,开发可在核聚变环境下使用的智能气垫运输车是发展核聚变炉远程操作技术体系的重要技术手段和必要的运输装备。本文的研究得到了科技部重大专业领域“ITER部件运输车关键技术和相关基础研究(NO.2012GB102002)”的支持,是ITER部件运输车研究内容的一部分。针对ITER应用环境和聚合炉零件运输车的应用要求,设计实现了可用于远程操作、负载能力超过30吨、定位精度优于4mm、路径规划灵活、高集成度的智能气垫运输车。另外,针对现有气垫控制中存在的问题,论文深入研究了气垫的控制方法,目的是满足集合炉零部件和车厢系统的运输要求,得到正确的定位、稳定的装载作业能力。本文的主要研究内容和创新成果如下:

1. 全面、系统,详细介绍了为集合炉零部件运输车建立气垫车系统。

2. 在流体力学的基础上,探讨了气垫节流运动学特性,建立了气垫气动伺服控制的数学模型,为气垫控制奠定了基础。

3. 深入研究了气垫的PID控制,包括常规PID、内模PID控制和模糊PID,提出了气垫PID控制方法,并进行了相关的仿真研究。

4. 在建立气垫状态方程的基础上,提出了反演法和滑模控制相结合,基于反演自适应滑模控制方法,实现气垫飞行高精度的控制。利用AMESim和MATLAB对提出的控制方法进行了联合仿真,仿真结果表明,提出的控制方法能够克服气垫工作点的不稳定性,验证了对气垫控制的有效性。如上所述,本文研究了在聚合炉零件和车厢系统中运输的智能气垫车的系统构建,深入研究了气垫节流孔流出和气动伺服的数学描述,建立了其状态方程。结合PID和智能控制方法,实现了气垫的飞行高度控制。在实现高精度压力控制的基础上,设计了实现气垫飞高伺服控制的逆变器自适应滑模控制器。