桥式起重机防摇摆控制算法研究
发布时间：2022-10-08 19:06
桥式起重机作为一种物料搬运装备,具有结构简单,占地空间少,作业空间大、作业效率高等优点,广泛应用于车间、仓库、码头等工业与物流领域。随着工业与物流自动化程度的提高,对作业效率和安全性要求越来越高。桥式起重机采用柔绳吊运货物,伴随吊运过程中经常出现的启/停与加减速,货物必然出现摆动。若不能迅速消除摆动,轻则影响了吊运效率,重则会带来较大的安全隐患。因此,起重机的防摇摆控制得到日益广泛的重视。本文围绕着桥式起重机的防摇摆控制,分析了国内外防摇摆技术的研究现状和发展动态,首先基于拉格朗日动力学方程建立了桥式起重机的动力学模型,并根据系统状态空间方程和李雅普诺夫稳定性定理,分析了系统的能观性、能控性和稳定性。在对比分析了动力学控制和运动学控制的优缺点后,选择从运动学控制入手进行起重机的防摇摆研究,并分别从开环控制和闭环控制展开:开环上,基于系统在恒加速度下的等周期性摆动特性,提出了一种基于摆动周期的防摇摆控制方案,并结合实际应用需求对周期控制方案进行了进一步改进;闭环上,提出运动学上的状态反馈控制方案,在防摇摆的同时实现了小车的终点精确定位;更进一步,将阻尼振动的思想与模糊控制相结合,提出了一...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 桥式起重机防摇摆算法研究的背景和意义
1.1.1 桥式起重机概述
1.1.2 桥式起重机防摇摆研究的意义
1.2 国内外桥式起重机防摇摆研究现状
1.2.1 国外起重机防摇摆研究
1.2.2 国内起重机防摇摆研究
1.3 课题研究内容及组织构架
1.3.1 课题研究内容
1.3.2 文章组织结构
第二章 桥式起重机负载缆绳系统数学分析和建模
2.1 桥式起重机基本结构和运动示意
2.2 建模方法的选择
2.3 基于第二类拉格朗日动力学方程的系统三维建模
2.3.1 拉格朗日方程介绍
2.3.2 系统物理模型的假设
2.3.3 基于拉格朗日方程的系统三维建模
2.4 基于拉格朗日动力学方程的系统二维建模
2.5 系统模型线性简化和状态空间方程
2.5.1 系统的线性化
2.5.2 系统状态空间方程的简化和系统的传递函数
2.6 起重机系统性能分析
2.6.1 系统的能观性和能控性分析
2.6.2 系统的稳定性分析
2.7 本章小结
第三章 基于运动学的周期防摇摆开环控制
3.1 控制方案的选择
3.1.1 开环控制和闭环控制
3.1.2 运动学控制和动力学控制
3.2 起重机系统动态性能仿真
3.2.1 系统在SIMULINK中建模
3.2.2 系统动态性能仿真和等效单摆运动的提出
3.3 周期防摇摆策略的提出和改进
3.3.1 简单的周期防摇摆策略
3.3.2 周期防摇摆策略的改进
3.4 本章小结
第四章 基于运动学的状态反馈闭环控制
4.1 闭环控制的必要性与控制目标
4.1.1 闭环控制的必要性
4.1.2 控制方法的选择和控制目标
4.2 状态反馈控制介绍
4.3 以力作为控制信号的状态反馈控制及其仿真
4.3.1 动力学状态空间方程
4.3.2 配置极点,构建状态反馈控制器
4.3.3 SIMULINK实例仿真
4.4 以加速度作为控制信号的状态反馈控制及其仿真
4.4.1 运动学状态空间方程
4.4.2 配置极点,构建状态反馈控制器
4.4.3 SIMULINK实例仿真
4.5 本章小结
第五章 基于运动学的模糊防摇摆闭环控制
5.1 模糊控制介绍
5.1.1 模糊推理
5.1.2 模糊控制算法的具体实现
5.2 速度、位置双跟踪防摇摆模糊控制器的实现及其仿真
5.2.1 输入变量隶属函数
5.2.2 以速度作为输出的模糊控制器的缺陷
5.2.3 具有速度位置双跟踪能力的三维模糊防摇摆控制器的提出
5.3 运动学模糊与动力学模糊控制效果的比较
5.3.1 动力学模糊防摇摆控制
5.3.2 运动学控制与动力学控制仿真对比
5.4 运动学模糊控制与运动学状态反馈控制比较
5.5 本章小结
第六章 实验平台搭建及算法实验验证
6.1 实验平台搭建
6.1.1 平台结构设计和搭建
6.1.2 控制器硬件
6.1.3 软件开发环境
6.1.4 算法的软件实现
6.2 算法的实验验证
6.2.1 周期防摇摆开环算法的验证
6.2.2 状态反馈闭环算法的验证
6.2.3 模糊防摇摆闭环算法的验证
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]门式起重机减摆PID控制系统的研究[J]. 杨会珍,李虹,赵勇. 机械工程与自动化. 2012(04)
[2]基于模糊控制的桥式起重机定位防摆研究[J]. 蒋理,陈树广. 计算机仿真. 2009(06)
[3]基于输入整形的线性二次型调节器及其应用[J]. 王晓军,邵惠鹤. 上海交通大学学报. 2006(05)
[4]基于模糊的桥式起重机的定位和防摆控制研究[J]. 王晓军,邵惠鹤. 系统仿真学报. 2005(04)
[5]桥式起重机抓斗的防摆控制[J]. 邹军,陈志坚. 山东大学学报(自然科学版). 1999(01)
[6]起重机最优消摆对策[J]. 李伟,张桂青. 山东建筑工程学院学报. 1998(03)
[7]吊车防摆技术的研究[J]. 华克强,高淑玲,朱齐丹. 控制理论与应用. 1992(06)
博士论文
[1]基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究[D]. 钟斌.西南交通大学 2007
[2]起重机自适应智能防摆控制方法及其仿真研究[D]. 黄凯.南京林业大学 2007
硕士论文
[1]桥式起重机监控管理及防摆控制系统的研究[D]. 满斌.天津理工大学 2015
[2]岸边桥式集装箱起重机防摇摆控制系统的设计与实现[D]. 赵斌.上海交通大学 2009
[3]港口集装箱起重机智能防摇控制系统研究与仿真[D]. 郭立观.太原科技大学 2009
[4]基于智能优化的模糊PID控制算法研究[D]. 于亲波.华北电力大学（北京） 2004
本文编号：3688259
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 桥式起重机防摇摆算法研究的背景和意义
1.1.1 桥式起重机概述
1.1.2 桥式起重机防摇摆研究的意义
1.2 国内外桥式起重机防摇摆研究现状
1.2.1 国外起重机防摇摆研究
1.2.2 国内起重机防摇摆研究
1.3 课题研究内容及组织构架
1.3.1 课题研究内容
1.3.2 文章组织结构
第二章 桥式起重机负载缆绳系统数学分析和建模
2.1 桥式起重机基本结构和运动示意
2.2 建模方法的选择
2.3 基于第二类拉格朗日动力学方程的系统三维建模
2.3.1 拉格朗日方程介绍
2.3.2 系统物理模型的假设
2.3.3 基于拉格朗日方程的系统三维建模
2.4 基于拉格朗日动力学方程的系统二维建模
2.5 系统模型线性简化和状态空间方程
2.5.1 系统的线性化
2.5.2 系统状态空间方程的简化和系统的传递函数
2.6 起重机系统性能分析
2.6.1 系统的能观性和能控性分析
2.6.2 系统的稳定性分析
2.7 本章小结
第三章 基于运动学的周期防摇摆开环控制
3.1 控制方案的选择
3.1.1 开环控制和闭环控制
3.1.2 运动学控制和动力学控制
3.2 起重机系统动态性能仿真
3.2.1 系统在SIMULINK中建模
3.2.2 系统动态性能仿真和等效单摆运动的提出
3.3 周期防摇摆策略的提出和改进
3.3.1 简单的周期防摇摆策略
3.3.2 周期防摇摆策略的改进
3.4 本章小结
第四章 基于运动学的状态反馈闭环控制
4.1 闭环控制的必要性与控制目标
4.1.1 闭环控制的必要性
4.1.2 控制方法的选择和控制目标
4.2 状态反馈控制介绍
4.3 以力作为控制信号的状态反馈控制及其仿真
4.3.1 动力学状态空间方程
4.3.2 配置极点,构建状态反馈控制器
4.3.3 SIMULINK实例仿真
4.4 以加速度作为控制信号的状态反馈控制及其仿真
4.4.1 运动学状态空间方程
4.4.2 配置极点,构建状态反馈控制器
4.4.3 SIMULINK实例仿真
4.5 本章小结
第五章 基于运动学的模糊防摇摆闭环控制
5.1 模糊控制介绍
5.1.1 模糊推理
5.1.2 模糊控制算法的具体实现
5.2 速度、位置双跟踪防摇摆模糊控制器的实现及其仿真
5.2.1 输入变量隶属函数
5.2.2 以速度作为输出的模糊控制器的缺陷
5.2.3 具有速度位置双跟踪能力的三维模糊防摇摆控制器的提出
5.3 运动学模糊与动力学模糊控制效果的比较
5.3.1 动力学模糊防摇摆控制
5.3.2 运动学控制与动力学控制仿真对比
5.4 运动学模糊控制与运动学状态反馈控制比较
5.5 本章小结
第六章 实验平台搭建及算法实验验证
6.1 实验平台搭建
6.1.1 平台结构设计和搭建
6.1.2 控制器硬件
6.1.3 软件开发环境
6.1.4 算法的软件实现
6.2 算法的实验验证
6.2.1 周期防摇摆开环算法的验证
6.2.2 状态反馈闭环算法的验证
6.2.3 模糊防摇摆闭环算法的验证
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]门式起重机减摆PID控制系统的研究[J]. 杨会珍,李虹,赵勇. 机械工程与自动化. 2012(04)
[2]基于模糊控制的桥式起重机定位防摆研究[J]. 蒋理,陈树广. 计算机仿真. 2009(06)
[3]基于输入整形的线性二次型调节器及其应用[J]. 王晓军,邵惠鹤. 上海交通大学学报. 2006(05)
[4]基于模糊的桥式起重机的定位和防摆控制研究[J]. 王晓军,邵惠鹤. 系统仿真学报. 2005(04)
[5]桥式起重机抓斗的防摆控制[J]. 邹军,陈志坚. 山东大学学报(自然科学版). 1999(01)
[6]起重机最优消摆对策[J]. 李伟,张桂青. 山东建筑工程学院学报. 1998(03)
[7]吊车防摆技术的研究[J]. 华克强,高淑玲,朱齐丹. 控制理论与应用. 1992(06)
博士论文
[1]基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究[D]. 钟斌.西南交通大学 2007
[2]起重机自适应智能防摆控制方法及其仿真研究[D]. 黄凯.南京林业大学 2007
硕士论文
[1]桥式起重机监控管理及防摆控制系统的研究[D]. 满斌.天津理工大学 2015
[2]岸边桥式集装箱起重机防摇摆控制系统的设计与实现[D]. 赵斌.上海交通大学 2009
[3]港口集装箱起重机智能防摇控制系统研究与仿真[D]. 郭立观.太原科技大学 2009
[4]基于智能优化的模糊PID控制算法研究[D]. 于亲波.华北电力大学（北京） 2004
本文编号：3688259
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