舉高消防車時間最優(yōu)控制策略研究.pdf

1、近年來，我國城市化進程不斷加快，城市環(huán)境越來越復(fù)雜，城市高層建筑也越來越多，當面對失火險情時，傳統(tǒng)消防車已力有未逮。大高度舉高消防車的出現(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，其工作性能并沒有得到充分發(fā)揮，作業(yè)時間長、宜人性低、安全可靠性小等問題依然是該類產(chǎn)品有待突破的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　為提高舉高消防車的作業(yè)性能，本文以某百米級舉高消防車為研究對象，以最優(yōu)控制為研究目標，在運動學、動力學及優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上，

2、確定時間最優(yōu)的目標函數(shù)，考慮速度、加速度、驅(qū)動力、驅(qū)動力矩等約束項，建立優(yōu)化模型，并通過對優(yōu)化模型進行求解得到大高度舉高消防車臂架系統(tǒng)的時間最優(yōu)控制策略。
　　論文主要工作與成果如下：
　?。?）對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大高度舉高消防車，提出一種運動及動力學建模方法。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。然后以運動模型為基礎(chǔ)，構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，求得動力學方程。最后，采用

3、ADAMS軟件進行仿真，對比理論結(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，計算效率高、通用性強，可應(yīng)用于大高度舉高消防車的精確控制中。
　　（2）為提高舉高消防車作業(yè)的及時性、可靠性與安全性，提出一種考慮動作平穩(wěn)、無沖擊的時間最優(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樣條曲線對舉高消防車臂架系統(tǒng)各個關(guān)節(jié)運動離散點進行擬合，構(gòu)造連續(xù)運動幾何路徑。然后結(jié)合連續(xù)路徑，以s及其對于時間的各階導(dǎo)數(shù)

4、表示時間最優(yōu)目標函數(shù)與速度、加速度、驅(qū)動力、驅(qū)動力矩等約束項，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)點法對凸優(yōu)化模型進行求解，得到滿足約束條件的最優(yōu)解，進而得到各個關(guān)節(jié)的時間最優(yōu)運動軌跡。
　?。?）應(yīng)用本文算法對某型大高度舉高消防車進行軌跡規(guī)劃算例仿真，以驗證算法可行性。根據(jù)約束項的不同設(shè)計三種工況，在三種工況下分別規(guī)劃時間最優(yōu)運動軌跡。對所得軌跡進行分析表明，本文算法可在有效滿足運動及動力學各類約束