欠驱动塔式吊车的稳定控制
发布时间：2020-11-10 16:31
塔式吊车,是一类典型的欠驱动机械系统,欠驱动系统是指一类独立控制变量个数少于自由度个数的系统,同完全驱动系统相比,欠驱动系统因其独立控制变量的减少使得需要的执行元件数量减少,使得控制系统的设计成本下降、灵活度更强。传统的人力操控有很大的局限性,在运行中存在不确定性和系统误差,因此,急需一种安全有效的自动控制策略代替人工操控,提高系统的工作效率和安全性、准确性,提高系统运行的性价比。本文以双摆型塔式吊车为研究对象,结合工程生产作业的实际情况,提出了适合欠驱动塔式吊车系统的多种稳定控制策略。本论文主要完成了以下工作:第一,对论文课题的来源、背景和意义进行介绍,对国内外专家学者关于欠驱动吊车系统的研究进行了回顾总结。对塔式吊车现有控制策略进行优缺点分析,最后依据现有控制领域的不足,提出了本文所涉及的控制算法研究。第二,利用欧拉-拉格朗日建模法,对双摆型塔式吊车进行建模并建立其动力学方程;针对塔式吊车的运行安全操作规范,对塔式吊车运行过程进行分解,建立起塔吊小车沿悬臂运行的动力学方程并解析出其状态空间方程。第三,针对实际工程中,塔式吊车二级摆变量较难实时检测,依据第二章建立的动力学方程,设计了双摆型塔式吊车的无源控制器并设计速度拟合器,最后使用MATLAB程序仿真进行了验证。第四,针对实际工程中,存在无法获得塔式吊车精准数学模型的情况下,采用模糊加权算法,不依据吊车系统模型,通过观察输入输出量的变化和工程实践经验,来设计模糊控制规则,模糊加权算法是对传统模糊控制的一种改进,降低其设计难度并提高了其控制精度。最后,使用MATLAB程序仿真进行了验证。第五,针对塔吊小车沿悬臂运行过程,提出了滑模控制法、PID控制算法等,并设计了虚拟现实VR软件和图形用户界面GUI软件,使得控制效果更加直观明显。最后,对本文工作进行了总结,并提出今后的研究方向。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH213.3
【部分图文】：
图ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊车?图卜１（ｄ）悬臂吊车??欠驱动塔式吊车作为典型的欠驱动机械系统，具备欠驱动系统的－－系列特??性，譬如，高非线性、强耦合等等。这样也使得在设计算法时更加复杂。因此，??在吊车的挂钩质量远远小于负载质量的情况下，一些专家学者将挂钩质量忽略，??只考虑小车－负载的吊车系统，类似于一个简单的球摆系统，将系统简化为单摆??型的吊车Ｗ１。单摆情况下，对吊车系统建模、分析和控制的难度都会大大下降，??因为单摆系统做简谐运动，所以通过牛顿力学分析，即可得到系统的数学模型??和固有频率等，控制器的设计难度也大大降低。然而，当挂钩质量没有远远小??于负载质量时，即不满足简化为单摆条件，吊车系统不呈现单摆特性，而会呈??现二级摆特性［４？。此时系统振动会成为两种不同固冇频率振动的线性组合，可??能是非周期振动从而给系统分析和控制带了很大的难度。木文在让立二级??摆型吊车系统模塑的基础上，针对实际１：程屮会遇到的Ｍ题，对吊车系统进行??了动态分析，并设计控制器。??欠驱动塔式吊车作为典型的欠驱动机械系统，具备Ｘ驱动系统的？系列特??
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图２－２小车沿塔吊悬臂运行示意图??ｑ，＝［ｘ］７?＋?［ｙ］Ｋ??＋ＣＡ?ｓｉｎ＾，］７?＋?［－／，?ｃｏｓ＾，］＾?（２－ｑｒ?＝ｑＨ?［ｌ２?ｓｉｎ０２］７?＋?［－／２?ｃｏｓ０２］Ｋ??，这种情况下，系统的广义坐标系为ｑ?Ａｆ，根据欧拉可以求出系统在广义坐标系下的动力学方程：???＿?－?１「１?：?－?１「１?：?＿?Ｉ?（２－ｑ－Ｍｇ（ｑ，Ｋ）?＋?－ｑ；?ｍｈｑ?－?ｍｈｇ（ｑｈＫ）?＋?￣ｑ＾ｒｑ?－?ｍｐｇ｛ｑｐＫ）??厂０?Ｏｆ为吊车系统的广义驱动力，根据欧拉－拉格朗日方程则力学方程如下：??ｄｄＬ?ｄＬ??Ｆ?＝—（—）???ｄｔ?ｄｘ?ｄｘ??ａ沉?ｄＬ??°￣５（２－
【参考文献】
本文编号：2878126
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH213.3
【部分图文】：
图ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊车?图卜１（ｄ）悬臂吊车??欠驱动塔式吊车作为典型的欠驱动机械系统，具备欠驱动系统的－－系列特??性，譬如，高非线性、强耦合等等。这样也使得在设计算法时更加复杂。因此，??在吊车的挂钩质量远远小于负载质量的情况下，一些专家学者将挂钩质量忽略，??只考虑小车－负载的吊车系统，类似于一个简单的球摆系统，将系统简化为单摆??型的吊车Ｗ１。单摆情况下，对吊车系统建模、分析和控制的难度都会大大下降，??因为单摆系统做简谐运动，所以通过牛顿力学分析，即可得到系统的数学模型??和固有频率等，控制器的设计难度也大大降低。然而，当挂钩质量没有远远小??于负载质量时，即不满足简化为单摆条件，吊车系统不呈现单摆特性，而会呈??现二级摆特性［４？。此时系统振动会成为两种不同固冇频率振动的线性组合，可??能是非周期振动从而给系统分析和控制带了很大的难度。木文在让立二级??摆型吊车系统模塑的基础上，针对实际１：程屮会遇到的Ｍ题，对吊车系统进行??了动态分析，并设计控制器。??欠驱动塔式吊车作为典型的欠驱动机械系统，具备Ｘ驱动系统的？系列特??
图ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊车?图卜１（ｄ）悬臂吊车??欠驱动塔式吊车作为典型的欠驱动机械系统，具备欠驱动系统的－－系列特??性，譬如，高非线性、强耦合等等。这样也使得在设计算法时更加复杂。因此，??在吊车的挂钩质量远远小于负载质量的情况下，一些专家学者将挂钩质量忽略，??只考虑小车－负载的吊车系统，类似于一个简单的球摆系统，将系统简化为单摆??型的吊车Ｗ１。单摆情况下，对吊车系统建模、分析和控制的难度都会大大下降，??因为单摆系统做简谐运动，所以通过牛顿力学分析，即可得到系统的数学模型??和固有频率等，控制器的设计难度也大大降低。然而，当挂钩质量没有远远小??于负载质量时，即不满足简化为单摆条件，吊车系统不呈现单摆特性，而会呈??现二级摆特性［４？。此时系统振动会成为两种不同固冇频率振动的线性组合，可??能是非周期振动从而给系统分析和控制带了很大的难度。木文在让立二级??摆型吊车系统模塑的基础上，针对实际１：程屮会遇到的Ｍ题，对吊车系统进行??了动态分析，并设计控制器。??欠驱动塔式吊车作为典型的欠驱动机械系统，具备Ｘ驱动系统的？系列特??
图２－２小车沿塔吊悬臂运行示意图??ｑ，＝［ｘ］７?＋?［ｙ］Ｋ??＋ＣＡ?ｓｉｎ＾，］７?＋?［－／，?ｃｏｓ＾，］＾?（２－ｑｒ?＝ｑＨ?［ｌ２?ｓｉｎ０２］７?＋?［－／２?ｃｏｓ０２］Ｋ??，这种情况下，系统的广义坐标系为ｑ?Ａｆ，根据欧拉可以求出系统在广义坐标系下的动力学方程：???＿?－?１「１?：?－?１「１?：?＿?Ｉ?（２－ｑ－Ｍｇ（ｑ，Ｋ）?＋?－ｑ；?ｍｈｑ?－?ｍｈｇ（ｑｈＫ）?＋?￣ｑ＾ｒｑ?－?ｍｐｇ｛ｑｐＫ）??厂０?Ｏｆ为吊车系统的广义驱动力，根据欧拉－拉格朗日方程则力学方程如下：??ｄｄＬ?ｄＬ??Ｆ?＝—（—）???ｄｔ?ｄｘ?ｄｘ??ａ沉?ｄＬ??°￣５（２－
【参考文献】
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1 孙辉;陈志梅;孟文俊;;塔式起重机的神经网络滑模防摆控制[J];系统工程理论与实践;2013年10期
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3 孙宁;方勇纯;;一类欠驱动系统的控制方法综述[J];智能系统学报;2011年03期
4 任冰;李振宸;;基于倒立摆系统的模糊仿人智能控制[J];科学技术与工程;2010年15期
5 万宏权;蔡亮;马荣章;罗文龙;向丽丽;;塔机监控系统的工作区域限制逻辑算法[J];建筑机械化;2009年11期
6 韩九强;沈建坤;魏全瑞;赵玮;;塔机群智能防碰撞系统及其应用[J];建筑机械;2008年11期
7 白小涛;李为吉;;利用协同优化方法实现复杂机械系统的设计优化[J];机械设计;2006年03期
8 赖旭芝,蔡自兴,吴敏;一类欠驱动机械系统的模糊与变结构控制[J];自动化学报;2001年06期
本文编号：2878126
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