欠驱动桥式吊车信息融合防摆控制系统研究

发布时间：2017-03-17 08:06

  本文关键词：欠驱动桥式吊车信息融合防摆控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥式吊车是一种横架于车间、仓库、建筑工地等上空常用的起重设备,由于其非线性特性和欠驱动特性,目前仍然没有一种合适的方法能够实现良好的自动控制。如何解决运行效率与负载摆动之间的矛盾,是桥式吊车实现自动控制的关键问题。本文对桥式吊车系统进行了深入的研究,完成的工作包括以下几个方面。首先分析了桥式吊车的机械结构及其工作原理,采用欧拉——拉格朗日运动方程建立数学模型,从数学模型上和数学仿真上分析系统的运动学特性。接着深入研究了信息融合估计理论及其算法,探讨了线性和非线性信息融合最优跟踪控制算法及其设计方法,分析了信息融合算法中关于信息权重矩阵、预见步数和迭代初值的选取问题。对于性能指标函数中存在的期望控制量不为零、控制受限等问题也进行了初步的分析和探讨。此外,针对系统中不能直接观测的状态,构建一个状态观测器估计系统的其它状态。然后根据信息融合控制算法的统一量测模型及其吊车控制的需要,将吊车控制问题转化为一个包含输出误差约束与控制能量约束的二次型性能指标函数的最优控制问题,基于信息融合控制理论,提出了桥式吊车控制算法,并针对桥式吊车中出现的吊绳长度状态量有稳态误差的问题,结合PID算法,设计一个双环吊车控制器。仿真结果证明,设计的桥式吊车控制器具有良好的控制效果。最后搭建了一个小型的桥式吊车实验平台,设计吊车运动控制卡,编写下位机驱动程序和上位机界面,在实物平台上验证算法的有效性。实验结果表明,基于信息融合的吊车防摆控制器具有良好的控制效果。
【关键词】：桥式吊车 欠驱动 信息融合 防摆控制 状态观测
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH21;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 桥式吊车控制系统研究现状14-16
• 1.2.1 桥式吊车控制系统国内研究现状14-15
• 1.2.2 桥式吊车控制系统国外研究现状15-16
• 1.3 信息融合控制理论研究现状16-18
• 1.4 论文研究的主要内容18-19
• 第二章 桥式吊车系统建模及动力学特性分析19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 桥式吊车系统数学建模19-23
• 2.2.1 系统动力学方程组建立19-22
• 2.2.2 吊车离散模型的建立22-23
• 2.3 桥式吊车控制系统仿真及模型分析23-26
• 2.3.1 连续系统的仿真与分析23-25
• 2.3.2 离散系统的仿真与分析25-26
• 2.4 桥式吊车系统动力学特性分析26-27
• 2.5 本章小节27-28
• 第三章 信息融合控制方法28-45
• 3.1 引言28
• 3.2 信息融合估计28-33
• 3.2.1 信息量的基本性质29
• 3.2.2 信息融合统一量测模型29-30
• 3.2.3 信息融合估计定理30-31
• 3.2.4 信息融合估计算法31-33
• 3.3 信息融合控制算法33-42
• 3.3.1 线性信息融合跟踪控制33-35
• 3.3.2 非线性信息融合跟踪控制35-38
• 3.3.3 预见步数与迭代初值的选取问题38-39
• 3.3.4 信息权重矩阵的选取问题39-40
• 3.3.5 控制受限问题40-42
• 3.4 基于信息融合估计的状态观测器的设计42-44
• 3.5 本章小节44-45
• 第四章 桥式吊车信息融合控制算法45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 桥式吊车的控制问题描述与转化45-46
• 4.3 桥式吊车信息融合跟踪控制器的设计46-47
• 4.4 桥式吊车实验平台仿真分析47-60
• 4.4.1 控制器仿真分析47-50
• 4.4.2 控制器鲁棒性仿真分析50-51
• 4.4.3 控制器预见步数选取分析51-54
• 4.4.4 控制器信息权重矩阵选取分析54-56
• 4.4.5 系统输入受限仿真分析56-58
• 4.4.6 系统状态观测器仿真分析58-60
• 4.5 本章小节60-61
• 第五章 桥式吊车实验平台的设计和实现61-72
• 5.1 引言61
• 5.2 桥式吊车硬件平台设计61-65
• 5.2.1 机械结构设计及硬件选型61-63
• 5.2.2 硬件电路设计63-65
• 5.3 桥式吊车控制软件设计65-69
• 5.3.1 上位机软件设计65-67
• 5.3.2 下位机软件设计67-69
• 5.4 桥式吊车实际控制效果69-71
• 5.5 本章小节71-72
• 第六章 结论72-74
• 6.1 论文主要结论72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文78

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