高空作业车直臂系统振动抑制研究

发布时间：2017-10-09 10:51

  本文关键词：高空作业车直臂系统振动抑制研究

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【摘要】：高空作业车作为一种工程车辆,广泛应用于市政工程、设备维修及救援抢险等多种场合。考虑到高空作业车以搭载人员为主的特点,针对其臂架系统的运动过程有较高的平稳性与安全性要求。因此,实现对高空作业车臂架系统在其工作过程中的振动抑制,是达到上述目标的重要手段。本文结合柔性臂架振动抑制方面的研究成果,采用振动力学和控制工程理论,选择直臂高空作业车作为研究对象,研究其臂架系统的振动特性,并在控制模型中设计反馈环节,以实现对臂架末端振动的控制。本论文主要工作和研究内容如下：(1)利用梁的弯曲振动理论,得到具有端部质量的均质梁模型的动力学方程和边界条件,采用数值方法求得该系统的固有频率和各阶振型,利用振型正交性构建一组正交空间,得到在该正交空间内的系统振动方程。将该方法推广至变截面梁模型模拟直臂高空作业车的伸缩臂结构,得到其在正交空间内的振动方程,并得到以臂架仰角为系统输入的系统状态空间表达式。(2)分析引起臂架振动的工况,研究臂架变幅仰角变化对臂头位置振动响应的影响。选择臂头集中质量、臂架线密度和臂架抗弯刚度为分析变量,通过控制变量的方法,分析上述臂架系统参数的变化对臂架系统固有频率和振型曲线,以及臂头角位移、线速度和线加速度的影响。(3)设计反馈环节,分别利用极点配置法和线性二次型最优控制理论计算反馈增益向量,在Simulink中对臂架变幅过程的振动主动控制进行模拟。对比两种方法对臂架臂头位置的振动抑制及轨迹跟踪效果。(4)得到臂架变幅机构与臂架仰角之间的函数关系,将变幅油缸作为实现臂架振动抑制的作动器,将液压缸流速作为液压系统的控制量。设计检测方案,将臂架系统状态变量通过检测量表示,实现系统状态量间接可测。将液压系统与检测系统包括在内,设计了验证臂架振动抑制效果的实验方案。
【关键词】：高空作业车 弯曲振动 状态空间 振动抑制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH211.6;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 高空作业车及相关研究概述10-12
• 1.1.1 高空作业车产品及关键技术介绍10-11
• 1.1.2 高空作业车动力学研究11-12
• 1.2 梁振动主动控制研究与应用概述12-14
• 1.2.1 压电悬臂梁振动控制12-13
• 1.2.2 云梯消防车振动主动控制13-14
• 1.3 本论文研究课题概述14-16
• 1.3.1 本论文的选题意义14-15
• 1.3.2 本论文研究内容15-16
• 2 具有端部质量均质梁的弯曲振动方程16-24
• 2.1 梁的横向弯曲振动16-17
• 2.2 具有端部质量的均质梁模型17
• 2.3 模型边界条件的确定17-18
• 2.4 振动方程求解18-21
• 2.4.1 齐次边界条件转化18-19
• 2.4.2 变量分离19-20
• 2.4.3 边值问题的解20-21
• 2.5 主坐标系下振动方程表达21-23
• 2.5.1 振型函数正交性21-22
• 2.5.2 主坐标系内任意函数的表达22
• 2.5.3 主坐标系内振动方程表示22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 伸缩臂系统的振动力学模型24-36
• 3.1 臂架系统抽象模型24-25
• 3.2 模型边界条件的确定25-26
• 3.3 振动方程求解26-30
• 3.3.1 齐次边界条件转化26-27
• 3.3.2 变量分离27-28
• 3.3.3 边值问题的解28-30
• 3.4 主坐标下的振动方程表达30-33
• 3.4.1 振型函数的正交性30-31
• 3.4.2 主坐标内振动方程表达31-33
• 3.5 振动方程状态空间表述形式33
• 3.6 实际算例33-35
• 3.7 本章小结35-36
• 4 直臂高空作业车臂架系统振动特性分析36-50
• 4.1 直臂高空作业车臂架振动的工况分析36
• 4.2 臂架仰角变化对臂架振动响应的影响36-40
• 4.2.1 仰角变化的冲击性对臂架振动响应影响36-38
• 4.2.2 系统输入仰角的设定与臂头输出响应38-40
• 4.3 臂架系统固有属性对臂架振动特性的影响40-49
• 4.3.1 工作平台及搭载的载荷对臂架振动特性的影响40-43
• 4.3.2 主臂线密度对臂架振动特性的影响43-46
• 4.3.3 主臂抗弯刚度对臂架振动特性的影响46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 直臂高空作业车臂架系统振动主动控制50-61
• 5.1 臂架系统状态方程50-51
• 5.2 应用状态反馈极点配置实现振动抑制51-54
• 5.2.1 状态反馈极点配置确定反馈向量K51
• 5.2.2 数值仿真51-54
• 5.3 应用最优控制理论实现振动抑制54-60
• 5.3.1 线性二次型最优控制基本原理54-57
• 5.3.2 基于线性二次型的臂架系统最优控制器设计57
• 5.3.3 数值仿真57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 6 直臂高空作业车振动抑制实验实现方案61-66
• 6.1 变幅油缸流量与臂架仰角关系61-63
• 6.2 状态变量的获取方法63-64
• 6.3 主臂振动抑制实现方案64-65
• 6.4 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-70
• 附录A 符号说明70-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 娄军强;魏燕定;杨依领;谢锋然;;空间柔性机械臂弯扭耦合振动的主动控制研究[J];振动工程学报;2014年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王富亮;折叠式高空作业车动力学分析及残留振荡抑制方法研究[D];电子科技大学;2011年

2 李江;登高平台消防车臂架筋板优化分析[D];大连理工大学;2012年

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本文编号：999768