高壓巡線機器人控制.doc
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高壓巡線機器人控制,摘要電力輸電線路安全可靠運行直接關(guān)系到經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，而我國大多采用傳統(tǒng)的人工進行巡檢作業(yè)，難以保證巡檢的質(zhì)量，因此，對電力網(wǎng)絡(luò)實施有效的巡檢，尋求一種能代替人工巡檢作業(yè)的方法顯得尤為重要。目前研究一種高壓巡線機器人解決此問題已經(jīng)成為熱點，但是，國內(nèi)外未見使用鋰電池作為動力源，且可攜帶檢測裝置和通訊設(shè)備的500kv輸電...
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摘 要
電力輸電線路安全可靠運行直接關(guān)系到經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，而我國大多采用傳統(tǒng)的人工進行巡檢作業(yè)，難以保證巡檢的質(zhì)量，因此，對電力網(wǎng)絡(luò)實施有效的巡檢，尋求一種能代替人工巡檢作業(yè)的方法顯得尤為重要。
目前研究一種高壓巡線機器人解決此問題已經(jīng)成為熱點，但是，國內(nèi)外未見使用鋰電池作為動力源，且可攜帶檢測裝置和通訊設(shè)備的500kV輸電線路的巡線裝置，本文的研究是基于這種輸電線路以及該線路巡線機器人的機械本體，對其控制系統(tǒng)進行研究。
文章首先討論了當(dāng)前國內(nèi)外高壓巡線機器人的研究現(xiàn)狀，針對500kV輸電線路的巡線機器人機械本體以及線路的特點，設(shè)計了一種基于機器人本身自主控制從而實現(xiàn)機器人的越障、行走等的伺服運動控制系統(tǒng)，并進行了研究與設(shè)計。
其次，因為對機器人系統(tǒng)體積、重量以及運動有特殊要求，需要對作為機器人主動輪的動力的無刷直流電動機進行數(shù)學(xué)建模分析，通過其電磁轉(zhuǎn)矩與電流之間的關(guān)系，設(shè)計出合適的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以得到電機優(yōu)良控制性能。
再次，考慮到500kV高壓輸電線路的實際的線路情況環(huán)境和其物理特征，要求機器人能夠勻速的在線行走以保證圖像的采集質(zhì)量，本文采用模糊PI復(fù)合控制策略應(yīng)用于巡線機器人的主動輪，利用其響應(yīng)快速、對擾動不敏感的特性來抑制內(nèi)外干擾影響，采用MATLAB對控制系統(tǒng)進行了仿真。
關(guān)鍵詞：高壓巡線機器人；無刷直流電動機；SIMULINK仿真；模糊PI復(fù)合控制策略
Abstract
The safety of power transmission system running decides that the economic could develop steadily, in China, the traditional manual inspection is used for the lines-patrol, it is difficult to guarantee the quality of inspection, and therefore, for the effective inspection of the power network, seeking a way to replace the manual inspection is important.
At present, studying an inspection robot for high-voltage transmission lines to solve this problem has become a hot spot; however, using lithium batteries as source and carrying portable detection devices and communications equipment for the 500kV transmission lines inspection, we couldn’t find it in domestic. This study is basing on this transmission line and the mechanical body of inspection robot, its control system is studied.
The article first discusses the current researching situation of the robot in domestic and international, for the inspection robot ‘s body and the mechanical characteristics of the 500kV transmission lines, a servo control system is proposed, it completely can realize walking, climbing over the obstacles on lines based on itself-control. We do the design and research.
Second, because of special requirements of the robot system size, weight and exercise, it needs mathematical modeling and analysis for the brushless DC motor, through its relationship between electromagnetic torque and the current; we could design of appropriate control system structure in order to get the fine motor control performance.
Again, taking into account the 500kV high-voltage transmission lines of the actual line of the environment and its physical characteristics, to ensure the quality of image collection, it requires the robot to walk on line with a certain speed. In this paper, fuzzy PI control is used, with its fast response characteristics and insensitive to suppress the outside interference, the control system is simulated by MATLAB.
Keywords: The inspection robot for High-voltage transmission lines; Brushless DC motor; SIMULINK simulation; fuzzy-PI compound control
目錄
摘 要 I
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 巡線機器人發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 課題研究的意義 3
1.4 本文主要研究目的和內(nèi)容 4
第二章 巡線機器人機械本體 5
2.1 500kV高壓架空線路概述 5
2.1.1 輸電線路組成 5
2.1.2 輸電線路主要障礙 6
2.2 巡線機器人機械本體及越障原理 6
2.2.1 機械本體分析 6
2.2.2 越障原理 7
第三章 巡線機器人控制系統(tǒng)總體設(shè)計 9
3.1巡線機器人總體設(shè)計要求 9
3.2 控制系統(tǒng)要求 10
3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計思想 11
3.4 方案論證 11
3.5 控制系統(tǒng)基本構(gòu)成及其工作原理 12
3.5.1 主控制模塊 13
3.5.2 驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu) 14
3.5.3 電源供電模塊 19
3.5.4 信號檢測模塊 20
3.5.5 無線通訊模塊 22
3.6 抗干擾措施 23
3.6.1電源抗干擾設(shè)計 23
3.6.2控制系統(tǒng)的共地和接地設(shè)計 23
3.6.3 I/O端口干擾信號的處理措施 24
3.6.4 PCB的抗干擾措施 24
第四章 巡線機器人無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng) 26
4.1 無刷直流電機結(jié)構(gòu)及原理 26
4.1.1 無刷直流電機基本結(jié)構(gòu) 26
4.1.2 無刷直流電動機工作原理 27
4.2 無刷直流電機數(shù)學(xué)模型 28
4.3 雙閉環(huán)控制策略 29
4.3.1 無刷直流電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 29
4.3.2 雙閉環(huán)控制策略 31
4.4 系統(tǒng)仿真 32
4.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成 32
4.4.2 仿真結(jié)果分析 37
4.5實驗裝置設(shè)計 41
4.5.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 41
4.5.2各模塊設(shè)計 41
4.6驅(qū)動系統(tǒng)軟件設(shè)計 45
4.6.1 CCS集成開發(fā)環(huán)境 45
4.6.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 45
第五章 巡線機器人的自主控制策略 51
5.1選擇控制策略的原因背景 51
5.2 BLDCM模糊與PI復(fù)合控制策略 52
5.2.1 模糊控制概述 52
5.2.2 模糊控制原理 52
5.2.3 改進的fuzzy-PI控制器結(jié)構(gòu) 54
5.3 復(fù)合控制策略的仿真 5..
電力輸電線路安全可靠運行直接關(guān)系到經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，而我國大多采用傳統(tǒng)的人工進行巡檢作業(yè)，難以保證巡檢的質(zhì)量，因此，對電力網(wǎng)絡(luò)實施有效的巡檢，尋求一種能代替人工巡檢作業(yè)的方法顯得尤為重要。
目前研究一種高壓巡線機器人解決此問題已經(jīng)成為熱點，但是，國內(nèi)外未見使用鋰電池作為動力源，且可攜帶檢測裝置和通訊設(shè)備的500kV輸電線路的巡線裝置，本文的研究是基于這種輸電線路以及該線路巡線機器人的機械本體，對其控制系統(tǒng)進行研究。
文章首先討論了當(dāng)前國內(nèi)外高壓巡線機器人的研究現(xiàn)狀，針對500kV輸電線路的巡線機器人機械本體以及線路的特點，設(shè)計了一種基于機器人本身自主控制從而實現(xiàn)機器人的越障、行走等的伺服運動控制系統(tǒng)，并進行了研究與設(shè)計。
其次，因為對機器人系統(tǒng)體積、重量以及運動有特殊要求，需要對作為機器人主動輪的動力的無刷直流電動機進行數(shù)學(xué)建模分析，通過其電磁轉(zhuǎn)矩與電流之間的關(guān)系，設(shè)計出合適的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以得到電機優(yōu)良控制性能。
再次，考慮到500kV高壓輸電線路的實際的線路情況環(huán)境和其物理特征，要求機器人能夠勻速的在線行走以保證圖像的采集質(zhì)量，本文采用模糊PI復(fù)合控制策略應(yīng)用于巡線機器人的主動輪，利用其響應(yīng)快速、對擾動不敏感的特性來抑制內(nèi)外干擾影響，采用MATLAB對控制系統(tǒng)進行了仿真。
關(guān)鍵詞：高壓巡線機器人；無刷直流電動機；SIMULINK仿真；模糊PI復(fù)合控制策略
Abstract
The safety of power transmission system running decides that the economic could develop steadily, in China, the traditional manual inspection is used for the lines-patrol, it is difficult to guarantee the quality of inspection, and therefore, for the effective inspection of the power network, seeking a way to replace the manual inspection is important.
At present, studying an inspection robot for high-voltage transmission lines to solve this problem has become a hot spot; however, using lithium batteries as source and carrying portable detection devices and communications equipment for the 500kV transmission lines inspection, we couldn’t find it in domestic. This study is basing on this transmission line and the mechanical body of inspection robot, its control system is studied.
The article first discusses the current researching situation of the robot in domestic and international, for the inspection robot ‘s body and the mechanical characteristics of the 500kV transmission lines, a servo control system is proposed, it completely can realize walking, climbing over the obstacles on lines based on itself-control. We do the design and research.
Second, because of special requirements of the robot system size, weight and exercise, it needs mathematical modeling and analysis for the brushless DC motor, through its relationship between electromagnetic torque and the current; we could design of appropriate control system structure in order to get the fine motor control performance.
Again, taking into account the 500kV high-voltage transmission lines of the actual line of the environment and its physical characteristics, to ensure the quality of image collection, it requires the robot to walk on line with a certain speed. In this paper, fuzzy PI control is used, with its fast response characteristics and insensitive to suppress the outside interference, the control system is simulated by MATLAB.
Keywords: The inspection robot for High-voltage transmission lines; Brushless DC motor; SIMULINK simulation; fuzzy-PI compound control
目錄
摘 要 I
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 巡線機器人發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 課題研究的意義 3
1.4 本文主要研究目的和內(nèi)容 4
第二章 巡線機器人機械本體 5
2.1 500kV高壓架空線路概述 5
2.1.1 輸電線路組成 5
2.1.2 輸電線路主要障礙 6
2.2 巡線機器人機械本體及越障原理 6
2.2.1 機械本體分析 6
2.2.2 越障原理 7
第三章 巡線機器人控制系統(tǒng)總體設(shè)計 9
3.1巡線機器人總體設(shè)計要求 9
3.2 控制系統(tǒng)要求 10
3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計思想 11
3.4 方案論證 11
3.5 控制系統(tǒng)基本構(gòu)成及其工作原理 12
3.5.1 主控制模塊 13
3.5.2 驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu) 14
3.5.3 電源供電模塊 19
3.5.4 信號檢測模塊 20
3.5.5 無線通訊模塊 22
3.6 抗干擾措施 23
3.6.1電源抗干擾設(shè)計 23
3.6.2控制系統(tǒng)的共地和接地設(shè)計 23
3.6.3 I/O端口干擾信號的處理措施 24
3.6.4 PCB的抗干擾措施 24
第四章 巡線機器人無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng) 26
4.1 無刷直流電機結(jié)構(gòu)及原理 26
4.1.1 無刷直流電機基本結(jié)構(gòu) 26
4.1.2 無刷直流電動機工作原理 27
4.2 無刷直流電機數(shù)學(xué)模型 28
4.3 雙閉環(huán)控制策略 29
4.3.1 無刷直流電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 29
4.3.2 雙閉環(huán)控制策略 31
4.4 系統(tǒng)仿真 32
4.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成 32
4.4.2 仿真結(jié)果分析 37
4.5實驗裝置設(shè)計 41
4.5.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 41
4.5.2各模塊設(shè)計 41
4.6驅(qū)動系統(tǒng)軟件設(shè)計 45
4.6.1 CCS集成開發(fā)環(huán)境 45
4.6.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 45
第五章 巡線機器人的自主控制策略 51
5.1選擇控制策略的原因背景 51
5.2 BLDCM模糊與PI復(fù)合控制策略 52
5.2.1 模糊控制概述 52
5.2.2 模糊控制原理 52
5.2.3 改進的fuzzy-PI控制器結(jié)構(gòu) 54
5.3 復(fù)合控制策略的仿真 5..
