摘要：起重机作为重要的运载设备，广泛运用于多个领域，例如工厂，港口等等。起重机的起吊过程为先将负载起吊到一定安全高度，然后将货物平移运送到目标地点上方，最后将负载落吊放至指定地点。起重机起吊过程中其下滑量的大小对安全操作有着重要影响，而准确测量下滑量的大小并对其控制，是起重机控制系统研究中的重要内容。

本课题对STM32L系列的单片机以及选型用到的MEMS传感器进行了介绍，基于上述技术设计了下滑量检测系统，主要包括MEMS传感器选型、硬件接口设计等。测量数据显示，测量到的数据中含有噪声等干扰信号因此本论文采用卡尔曼滤波器，对采集的数据信号进行预处理，消除噪音等因素的干扰。通过对起重机起吊物体运动过程的简化模型，对采集数据的准确性进行验证。仿真的结果表明利用上述的数据采集及控制系统，可有效地测量出起重机制动下滑量。

关键词：起重机；下滑量；数据采集；MEMS传感器；卡尔曼滤波

Design of Glide Detection and Control System

Abstract：As important transport equipment, cranes are widely used in many fields, such as factories, ports and so on. The lifting process of the crane is to hoist the goods (load) to a certain safe height, and then to move the goods to the upper part of the target location, and finally to drop the goods (load) to the designated place. In the course of hoisting, the quantity of glide is important to the safety operation, and it is very important to measure and control the glide accurately in the research of crane control system.

The single chip of STM32L476RG and the MEMS transmitter are introduced in the paper. Based on the above technology, the measuring instrument of glide quantity of the crane is designed, mainly including the interface of the external module, thelectotype of the transmitter. For the glide singles measured contain noise, Kalman filter is used to preprocess the data. In order to test the validation the designed measuring and control system, Matlab simulation has been done through a simplified model of the crane. Simulations results show that the glide quantity can be correctly measured.

Keywords: cranes; glide quantity; data measurement; MEMS transmitter;  Kalman filter

目录

1   绪论 1

1.1 国内外综述 1

1.2发展趋势 4

1.3课题的主要内容 4

2   MEMS传感器和STM32L系列单片机特点及其应用 4

2.1 MEMS 5

2.2 MEMS传感器 5

2.3 MEMS应用 6

2.4 STM32单片机内资源与性能介绍 7

3   下滑量检测系统设计 9

3.1 下滑量检测系统模块分析 9

3.2 下滑量系统模块设计方案 9

3.3 STM32L476RG单片机及各部分模块设计 10

4   基于卡尔曼滤波器的数据预处理 21

4.1卡尔曼滤波 21

4.2 降噪处理 21

4.3卡尔曼滤波处理结果 23

5   起重机吊重动力学建模研究 28

5.1 起重机吊重动力学建模 28

5.2 基于风力影响的吊重系统动力学建模 29

5.3 基于MATLAB动力学仿真 32

6   总结与展望 34

6.1总结 34

6.2展望 34

致谢 35

参考文献 36

1 绪论

目前，起重机应用于多个场合，是被广泛认同与采纳的机械。我们所提到的起重机运输机器，主要就是指那些可以水平移动或者垂直升降的仪器。随着科技进步的发展，社会生活水平的提升，起重机开始运用在了多个领域，例如货物的卸载，货物的运输，物件的安装，人员的输送，都避免不了使用起重机，在这个过程中，我们的劳动力大大减少，劳动效率大大提高，越来越被人们重视，因此，安全问题也慢慢的浮现出来，国家也开始对其高度重视，如何能使起重机起到最大安全保障，成为了每个人所关心的问题。