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压力容器超声检测运动规划方法研究及控制系统实现

作　者: 姜金为
导　师: 吴瑞明
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 超声检测轨迹规划 Z-map理论压力容器
分类号: TH49
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着压力容器在现在生活和工业中的广泛应用,其安全性是必须考虑的问题,近年来,研制高效率、高精度的超声波检测装置是无损检测领域研究的热门问题。国内对压力容器的超声检测装置研究还有所欠缺,缺乏工业化产品。本文结合“压力容器焊缝超声检测便携式装备研发”项目,设计压力容器检测的超声扫查装置,对超声检测中各个控制系统进行仿真分析,在系统的运动稳定性和传动误差补偿方面做了深入研究,还研究了针对压力容器的轨迹规划方法。本文的主要研究工作如下：1.介绍了压力容器的缺陷类型和超声基本理论,通过对压力容器超声检测方法的分析,给出了探头方向和位置控制要求,分析了整个超声检测系统应该满足的要求。2.根据压力容器的特点设计出专门的超声检测装置,并对其进行了动力学分析。3.分析压力容器自动化超声检测的具体步骤,再对压力容器扫查方案进行设计,讨论常用的几种轨迹规划方法,对Z-map理论进行详细描述,实现压力容器的运动轨迹规划。4.对超声检测系统的各个部分建立数学模型,结合模糊PD控制器和PMAC控制器建立相应的控制系统模型,仿真分析各参数对系统稳定性和响应性的影响,进一步对整个系统进行误差分析与补偿,并对其效果做了验证分析,最后对超声检测图像加以处理并实现缺陷识别。文章的最后对整体的设计方案给予了简要的总结和展望。本文研究的超声检测控制系统具有较高的运动灵活性、较高的控制精度、较低的成本和快速响应性等特点,非常适用于实际工程应用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景和意义  10-11
  1.2 压力容器缺陷介绍  11-12
    1.2.1 压力容器概述  11
    1.2.2 压力容器缺陷类型  11-12
  1.3 压力容器超声检测研究现状与发展  12-15
    1.3.1 压力容器超声检测概述  12-14
    1.3.2 压力容器检测设备控制技术研究现状  14-15
    1.3.3 现存问题及解决方法  15
  1.4 本论文研究的主要内容和方法  15-17
第2章压力容器超声检测机理分析  17-27
  2.1 压力容器超声检测方法  17-22
    2.1.1 超声波基本理论  17-18
    2.1.2 超声检测方法  18-21
    2.1.3 超声波在压力容器内的传播  21-22
  2.2 超声波检测频率的选择及检测系统要求  22-26
    2.2.1 超声检测频率的选择  22-23
    2.2.2 超声检测系统的要求  23-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章压力容器超声检测运动学分析  27-47
  3.1 压力容器检测装置结构的设计  27-32
    3.1.1 五自由度自动检测系统结构  27-30
    3.1.2 直线运动传动装置  30-31
    3.1.3 旋转运动传动装置  31-32
    3.1.4 运动方式的选择  32
  3.2 同步带传动控制系统分析  32-40
    3.2.1 同步带传动的原理  32-33
    3.2.2 电机的选择  33-35
    3.2.3 同步带传动机构的建立  35-37
    3.2.4 同步带传动控制系统的性能  37-40
  3.3 扫查器设计  40-45
    3.3.1 吸附机理分析  40-41
    3.3.2 行走装置设计  41-42
    3.3.3 扫查器动力学分析  42-44
    3.3.4 齿轮传动系统数学建模  44-45
  3.4 本章小结  45-47
第4章压力容器超声检测运动规划及其实现  47-59
  4.1 压力容器自动化超声检测的具体步骤  47-49
  4.2 扫查轨迹规划  49-57
    4.2.1 压力容器扫查方案的设计  49-51
    4.2.2 轨迹规划方法的选择  51-53
    4.2.3 扫查曲面投影与投影曲面网格化  53-55
    4.2.4 扫查数据的提取  55-57
    4.2.5 探头扫描轨迹的生成  57
  4.3 轨迹规划的实现  57-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章压力容器超声检测控制模型和误差补偿  59-75
  5.1 控制系统的设计  59-63
    5.1.1 PID控制器的基本原理  59-60
    5.1.2 模糊PD控制器的设计  60-63
  5.2 控制系统传动性能的改善  63-68
    5.2.1 PMAC控制器的模型  63-64
    5.2.2 带PMAC控制器的带传动控制系统  64-66
    5.2.3 带模糊PD控制的齿轮传动控制系统  66-68
  5.3 压力容器检测控制系统误差和补偿  68-74
    5.3.1 控制系统误差  68-69
    5.3.2 传动误差补偿方法分析  69-71
    5.3.3 同步带传动误差补偿  71-74
  5.4 本章小结  74-75
第6章压力容器超声检测实现  75-84
  6.1 超声信号的提取  75-80
    6.1.1 超声检测成像  75-76
    6.1.2 超声检测图像的处理  76-78
    6.1.3 缺陷识别匹配  78-80
  6.2 压力容器超声检测系统实验平台及测试  80-83
    6.2.1 实验平台  80-82
    6.2.2 超声波检测实验  82-83
  6.3 本章小结  83-84
第7章结论与展望  84-86
  7.1 结论  84
  7.2 展望  84-86
参考文献  86-89
致谢  89-90
攻读学位期间参加的科研项目和成果  90

压力容器超声检测运动规划方法研究及控制系统实现

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