舉高消防車(chē)時(shí)間最優(yōu)控制策略研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，城市高層建筑也越來(lái)越多，當(dāng)面對(duì)失火險(xiǎn)情時(shí)，傳統(tǒng)消防車(chē)已力有未逮。大高度舉高消防車(chē)的出現(xiàn)為高層建筑快速消防救援提供了便利，但由于缺乏良好的控制策略，其工作性能并沒(méi)有得到充分發(fā)揮，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、宜人性低、安全可靠性小等問(wèn)題依然是該類產(chǎn)品有待突破的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
　　為提高舉高消防車(chē)的作業(yè)性能，本文以某百米級(jí)舉高消防車(chē)為研究對(duì)象，以最優(yōu)控制為研究目標(biāo)，在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上，

2、確定時(shí)間最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，考慮速度、加速度、驅(qū)動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力矩等約束項(xiàng)，建立優(yōu)化模型，并通過(guò)對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解得到大高度舉高消防車(chē)臂架系統(tǒng)的時(shí)間最優(yōu)控制策略。
　　論文主要工作與成果如下：
　　（1）對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大高度舉高消防車(chē)，提出一種運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)建模方法。首先，基于Denavit-Hartenberg方法推導(dǎo)關(guān)節(jié)向量與臂架位置的映射關(guān)系，并求得雅可比矩陣。然后以運(yùn)動(dòng)模型為基礎(chǔ)，構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，求得動(dòng)力學(xué)方程。最后，采用

3、ADAMS軟件進(jìn)行仿真，對(duì)比理論結(jié)果與仿真結(jié)果，證明了建模方法的有效性。該方法考慮了復(fù)雜臂架的同步伸縮，計(jì)算效率高、通用性強(qiáng)，可應(yīng)用于大高度舉高消防車(chē)的精確控制中。
　?。?）為提高舉高消防車(chē)作業(yè)的及時(shí)性、可靠性與安全性，提出一種考慮動(dòng)作平穩(wěn)、無(wú)沖擊的時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法。首先，引入偽位移參量s表示路徑，利用B樣條曲線對(duì)舉高消防車(chē)臂架系統(tǒng)各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)離散點(diǎn)進(jìn)行擬合，構(gòu)造連續(xù)運(yùn)動(dòng)幾何路徑。然后結(jié)合連續(xù)路徑，以s及其對(duì)于時(shí)間的各階導(dǎo)數(shù)

4、表示時(shí)間最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)與速度、加速度、驅(qū)動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力矩等約束項(xiàng)，建立凸優(yōu)化模型。最后，利用B樣條曲線以有限維向量x表示軌跡，采用內(nèi)點(diǎn)法對(duì)凸優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到滿足約束條件的最優(yōu)解，進(jìn)而得到各個(gè)關(guān)節(jié)的時(shí)間最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡。
　?。?）應(yīng)用本文算法對(duì)某型大高度舉高消防車(chē)進(jìn)行軌跡規(guī)劃算例仿真，以驗(yàn)證算法可行性。根據(jù)約束項(xiàng)的不同設(shè)計(jì)三種工況，在三種工況下分別規(guī)劃時(shí)間最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)所得軌跡進(jìn)行分析表明，本文算法可在有效滿足運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)各類約束