Szenzorfúzió alkalmazása bakdaru állapotbecslének megvalósítására súrlódásos környezetben
Napjaink ipari gyakorlatában széles körben alkalmaznak darukat nagy tömegű terhek mozgatására. Építkezéseken, kikötőkben és raktárakban egyaránt előfordulnak bakdaruk, amelyek a munkatér felett felépített síneken mozognak, és drótkötél sodronyok segítségével emelik fel rakományukat. Daruk használata során általában cél a teher lengésének minimalizálása. Jelenleg ezt leggyakrabban tapasztalt kezelőszemélyzet biztosítja kézi beavatkozással.
Számos, a kézi irányításnál nagyobb pontosságot és kisebb ciklusidőt eredményező irányítási algoritmus létezik a lengéscsökkentő szabályozás megvalósítására. Ezek az algoritmusok azonban rendszerint állapot-visszacsatoláson alapulnak, tehát igénylik a teher pozíciójának ismeretét, vagy ezzel ekvivalensen a lengés szögének értékét. Ennek gyakorlati mérési lehetőségei korlátozottak, a szöget közvetlenül mérő szenzor általában nem áll rendelkezésre.
A mérés egy lehetséges alternatívája az állapotbecslés. Állapotbecslésen azt az eljárást értjük amely során egy dinamikus rendszer belső állapotait határozzuk meg a rendszer mért kimenetei és a beavatkozó jelek alapján. Bizonyos zavarások azonban szükségessé tehetik, hogy a bemeneteket ismeretlennek tételezzük fel. Ilyen zavarás lehet a beavatkozó szerv meghibásodása, vagy a súrlódás. Utóbbi mechanikai rendszerek esetén igen gyakori, a bakdaru állapotbecslését is nehézzé teszi.
A daru elmozdulása és kötelének hossza inkrementális adókkal mérhető. A kísérleti tapasztalatok alapján a súrlódás zavaró hatása mellett ezek ismerete nem elegendő a lengés szögének konvergens becsléséhez. Ezért alkalmazunk két lézeres hézag szenzort is, melyek jelzik, ha a terhet tartó kötél áthalad előttük. Ezek a szenzorok tehát nem állandó mintavételi idővel szolgáltatnak mérési adatokat, hanem aszinkron események hatására.
E dolgozatban módszert adunk ilyen aszinkron szenzorok fúziójára és egyben a súrlódás zavaró hatásának csökkentésére az állapotbecslés során. Két eltérő megvalósítást is bemutatunk, az egyik egy ismeretlen bemenetű rendszerekhez tervezett Kálmán-szűrőn, a másik pedig egy unscented Kálmán-szűrőn alapul. Az algoritmusok alkalmazhatóságát kísérleti eredményekkel támasztjuk alá, darumodellen végzett mérések segítségével.
szerző
-
Patartics Bálint
villamosmérnöki
nappali
konzulens
-
Dr. Kiss Bálint
docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
