多起重机协作柔索并联吊装装备力学性能与协调控制研究

发布时间：2017-12-29 11:28

  本文关键词：多起重机协作柔索并联吊装装备力学性能与协调控制研究　出处：《中国矿业大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着工程任务的日益艰巨,在很多特殊工况下,单体起重机无法较好地完成吊装任务。同时近年来单体起重机在构型、材料和控制系统等方面的快速发展使得多起重机协作吊装作业成为可能,多台起重机协作吊装越来越多地应用于工程中。然而多起重机的耦合增加了吊装作业的复杂程度、指挥难度和危险性,极易导致碰撞、倾覆等重大连锁事故,因此保证起重机协作吊装的协调控制十分重要。本文依托国家自然科学基金“大型重载起重吊装空间协作柔索并联构型装备机构的动态性能分析与协调控制技术研究(项目编号:51275515)”项目,深入开展多起重机协作柔索并联吊装装备的动力学、性能指标和协调控制等方面的研究,为多起重机协作柔索并联吊装装备的稳定高效作业提供理论支持和技术方案。首先,以柔索并联机构的角度对多起重机协作柔索并联吊装装备进行分析。根据工程应用需求,在柔索并联机构自由度理论的基础上设计多起重机协作柔索并联吊装装备(3R3T构型)和多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型),并提出可行的协作吊装方案。在运动学分析的基础上,分别采用达朗贝尔原理和拉格朗日方程对多起重机协作柔索并联吊装装备进行动力学分析,得到了两种构型装备的动力学特性,包括卷扬系统、变幅系统和回转系统的动作和负载变化规律。数值仿真结果表明,由于多起重机协作柔索并联吊装装备(3R3T构型)的欠约束构型,其钢丝绳张紧力波动和起重机侧向力均远大于多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型),并且钢丝绳倾角随作业速度的提高而增加,降低了系统的效率和安全性。因此确定以多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型)为对象进行深入研究。其次,对多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型)的关键性能指标进行了深入的分析,提出了装备工作空间求解方法,掌握了装备关键结构参数对工作空间大小的影响规律。在运动学的基础上,建立了整体装备的误差模型并进行了24各误差源的灵敏度分析,揭示了误差源对吊装重物位置误差的影响规律。根据雅克比矩阵条件数确定条件数指标,作为衡量装备的灵巧度性能指标。结合装备在工作空间不同高度切面的误差和灵巧度分析,通过数值仿真分析确定了工作空间中吊装重物运动范围大、位置精度高且装备整体灵巧度高的区域,对多机协作吊装作业结构参数优化和协调控制具有指导意义。最后,针对多起重机协作柔索并联吊装装备重复性的任务特点,在动力学分析的基础上,考虑随机干扰和动力学方程线性化残差项,设计了多起重机协作柔索并联吊装装备自适应鲁棒迭代学习控制器,通过与传统PD控制器的仿真结果对比表明多起重机协作柔索并联吊装装备自适应鲁棒迭代学习控制器具有更好的轨迹跟踪性能且功耗明显降低。搭建了多起重机协作柔索并联吊装装备实验平台,开发了控制系统软件和硬件。轨迹跟踪性能实验结果验证了控制器的有效性,为更深入的工业性应用实验奠定了理论基础。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH21

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本文编号：1350120