Nonlinear Model Predictive Control of a Hydraulic Forestry Crane

Julkaisun otsikon käännös: Hydraulisen metsäkonenosturin malliprediktiivinen säätö

Jouko Kalmari

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Metsänhoito on koneellistunut merkittävästi viimeisten vuosikymmenien aikana. Pohjoismaissa laajasti käytössä olevat hakkuukoneet kaatavat puut, karsivat ja katkovat ne tehokkaasti. Kiinnostus myös muiden metsänhoidollisten toimien koneellistamiseen on herännyt. Koneellistamisella voitaisiin lisätä tuottavuutta ja vähentää työvoiman tarvetta. Automaation lisääminen metsäkoneisiin voisi olla seuraava johdonmukainen askel. Metsäkoneet on yleensä varustettu hydraulisella nosturilla, jonka päähän varsinainen metsänhoitoon suunniteltu työkalu on kytketty. Jos automaattisia tai puoliautomaattisia metsäkoneita kehitetään, on nosturin säätö oleellista. Koska puomin päässä oleva työkalu pääsee yleensä heilumaan vapaasti, täytyy myös sen liike ottaa huomioon. Työn tavoitteena on esittää ratkaisu siihen, miten puomia voidaan ohjata samanaikaisesti työkalun heiluntaa vaimentaen. Tämä mahdollistaa automaatioasteen ja tuottavuuden lisäämisen. Päähypoteesi on, että metsäkoneen puomia voidaan ohjata käyttämällä epälineaarista malliprediktiivista säädintä (NMPC). Tämä säädin seuraa etukäteen määrättyä polkua ja vaimentaa aktiivisesti työkalun heilahteluja. Toinen hypoteesi on, että työkalun heilahtelut voidaan estimoida inertiaalisten mittausten avulla. Kolmas hypoteesi on, että varhaisperkaus on metsänhoitotoimenpide, jossa voidaan hyödyntää automaattista puomia yhdessä konenäön kanssa. Epälineaarinen malliprediktiivinen säädin on säätömenetelmä, joka kykenee ohjaamaan dynamiikaltaan epälineaarisia järjestelmiä, joissa on tila- tai ohjausrajoituksia. Ohjaustrajektori ratkaistaan jokaisella ajanhetkellä optimointimenetelmien avulla. Järjestelmän estimointi ja säätö perustuvat samoihin dynaamisiin malleihin. Kuormantuntevan hydrauliikan takia hydraulisen järjestelmän malli on suhteellisen yksinkertainen. Kehitetyn menetelmän suorituskykyä arvioitiin kokeiden avulla. Kokeissa käytettiin kolmea erilaista tavoitepolkua ja erilaisia puomin nopeuksia. Tulokset osoittavat, että esitetty menetelmä pystyy ohjaamaan puomin päätä kohtuullisella tarkkuudella ja samaan aikaan vaimentamaan työkalun heilahtelun. Myös kehitetyt estimaattorit toimivat hyvin.
Julkaisun otsikon käännösHydraulisen metsäkonenosturin malliprediktiivinen säätö
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Visala, Arto, Vastuuprofessori
  • Backman, Juha, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-6324-9
Sähköinen ISBN978-952-60-6325-6
TilaJulkaistu - 2015
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • heiluntaa vähentävä säätö
  • metsäkoneet
  • polun seuranta
  • tilan estimointi
  • hydrauliset järjestelmät

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Hydraulisen metsäkonenosturin malliprediktiivinen säätö'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä