海上过驳平台起重机吊重摆角检测与防摆控制研究

发布时间：2017-08-15 16:31

  本文关键词：海上过驳平台起重机吊重摆角检测与防摆控制研究

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【摘要】：海上过驳平台起重机作为物流转运的重要转载设备,其转载效率的高低直接影响海上开采的效率和物流转运行业的发展。然而,海上过驳平台起重机采用钢丝绳来吊装或转运货物,在其俯仰、回转及起升的变速运动进行作业的过程中不可避免的会引起吊重的摆动。这种摆动不仅会降低起重机的作业效率,造成货物的损坏,也对作业人员的人身安全构成威胁。为了提高海上过驳平台起重机作业的装卸效率,以及保证作业过程中的安全性,对起重机吊重摆角实时检测和抑制起重机作业过程中吊重的摆动成了海上过驳平台起重机安全与高效运行的关键。本文就海上过驳平台起重机吊重摆角检测与防摆控制开展研究,实时监测起重机吊重摆动,并有效抑制吊重摆动。主要研究内容与结论如下:1.海上过驳平台起重机吊重摆动的动力学分析。采用拉格朗日方程建立海上过驳平台起重机吊重摆动的数学模型;在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析,分别分析定绳长下和变绳长下起重机俯仰运动、回转运动对吊重摆动的影响,掌握起重机吊重摆动特征,并验证了数学模型的正确性,为吊重摆角检测装置以及防摆控制系统设计奠定了理论基础。2.起重机吊重摆角检测方法研究。综合考虑海上过驳平台起重机变幅机构的俯仰运动和回转机构的回转运动对吊重摆角检测的影响,提出了海上过驳平台起重机吊重摆角检测新方法;首先通过采用两组高速激光扫描仪设计吊重摆角检测装置,然后根据起重机俯仰运动角度变化调节安装在起重机吊臂上的吊重摆角检测装置的角度,使得吊重摆角检测装置处于水平位置,然后通过吊重摆角检测装置内的两组高速激光扫描仪形成的检测平面与吊臂顶端组成三维空间对吊重的摆角进行检测,实现了对海上过驳平台起重机吊重摆角的实时检测。3.起重机吊重防摆模糊控制器设计。提出了适合海上过驳平台起重机吊重防摆的速度和位置双跟踪模糊控制器设计思想,设计了海上过驳平台起重机吊重防摆控制器,并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真分析,仿真结果表明所设计的吊重防摆模糊控制器能实现起重机俯仰运动和回转运动的吊重防摆控制,使得起重机吊重到达目标位置的同时能够抑制摆动。4.起重机吊重摆角检测装置与防摆控制系统设计。基于西门子S7-300PLC,通过硬件选型和软件编程,完成了起重机吊重摆角检测装置与防摆控制系统设计。通过调试实验,结果表明:本文所设计的起重机吊重摆角检测装置与防摆控制系统在起重机工作过程中,依据吊重摆角检测结果,通过变频调节起重机回转运动速度,达到了预期的防摆控制效果。起重机回转运动角度误差控制在?0.1deg以内,吊重的最大摆角控制在?8deg以内,满足工程应用要求。
【关键词】：海上过驳平台 起重机 吊重摆动 防摆控制 模糊控制器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.43
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 课题研究的背景与意义12-16
• 1.1.1 课题研究的背景12-15
• 1.1.2 课题研究的意义15-16
• 1.2 起重机吊重摆角检测方法研究现状16-18
• 1.2.1 直接检测法16
• 1.2.2 间接检测法16-18
• 1.3 起重机吊重防摆控制国内外研究现状18-27
• 1.3.1 国内研究现状18-23
• 1.3.2 国外研究现状23-27
• 1.4 主要研究内容及章节安排27-29
• 第二章 海上过驳平台起重机吊摆系统的数学建模29-44
• 2.1 建立系统模型的方法29-30
• 2.2 海上过驳平台起重机吊摆系统数学模型的建立30-36
• 2.3 基于MATLAB的起重机吊摆系统的仿真分析36-43
• 2.3.1 起重机俯仰运动下吊重摆动特征分析37-40
• 2.3.2 起重机回转运动下吊重摆动特征分析40-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 海上过驳平台起重机吊重摆角检测方法研究44-51
• 3.1 海上过驳平台起重机吊重摆角检测的影响因素44-45
• 3.2 海上过驳平台起重机吊重摆角检测方法45-47
• 3.3 吊重摆角检测装置的检测角度调节47-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 海上过驳平台起重机吊重防摆模糊控制器设计51-69
• 4.1 模糊控制系统51-54
• 4.1.1 模糊控制原理51-52
• 4.1.2 模糊控制系统的基本结构52-53
• 4.1.3 模糊控制器的类型53-54
• 4.2 海上过驳平台起重机吊重防摆控制器设计54-62
• 4.2.1 防摆机理55
• 4.2.2 防摆控制器结构55-57
• 4.2.3 输入输出变量的选取和模糊化57-59
• 4.2.4 模糊控制规则59-62
• 4.3 起重机俯仰运动下吊重防摆模糊控制仿真与分析62-65
• 4.4 起重机回转运动下吊重防摆模糊控制仿真与分析65-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 海上过驳平台起重机吊重摆角检测与防摆控制系统设计69-91
• 5.1 起重机吊重摆角检测与防摆控制方案69-71
• 5.2 吊重摆角检测与防摆控制系统硬件配置71-78
• 5.2.1 主控计算机71
• 5.2.2 PLC的选用71-73
• 5.2.3 变频器的选用73-74
• 5.2.4 编码器的选用74-76
• 5.2.5 伺服驱动系统76-77
• 5.2.6 吊重摆角检测装置77-78
• 5.3 吊重防摆控制系统软件设计78-85
• 5.3.1 S7-300PLC开发环境79-80
• 5.3.2 STEP7基本操作80-81
• 5.3.3 硬件组态初始化81-82
• 5.3.4 起重机吊重防摆控制程序设计82-85
• 5.4 实验调试结果与分析85-89
• 5.5 本章小结89-91
• 第六章 总结与展望91-94
• 6.1 总结91-92
• 6.2 展望92-94
• 参考文献94-97
• 致谢97-98
• 附录I98-99
• 附录II99-100
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果100

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本文编号：679215