基于动力学的多起重机协同作业轨迹规划及跟踪控制

发布时间：2023-04-05 11:18

　　随着被吊运物体的大型化,重载化以及吊运环境需求的多样化,人们对起重机装备提出了更高的要求。单个起重机工作能力有限,难以满足在复杂的工作环境下,吊装重载化大型化载荷的工程需要。多起重机协同作业成为一种可行的解决方案。然而依赖人工经验不能满足安全可靠的要求,易发生重大连锁事故。所以,对多起重机协同作业控制问题的研究有非常重要的理论和工程实际意义。动力学模型是研究多起重机协同作业控制问题的基础。本文针对起重机协同作业的特点,将多起重机系统的力学分析解耦成两个部分。首先,针对系统中的有效载荷采用拉格朗日法建立了其六自由度动力学模型。然后,针对系统中单个起重机,在已知有效载荷运动方式和吊绳拉力的情况下,使用逆动力学分析了单个起重机运动规律及驱动。然后根据有效载荷的动力学模型应用保辛最优控制算法,以最小能耗为性能指标,考虑了起重机钢丝绳极限拉力,有效载荷移动速度,姿态变化幅度,躲避障碍等与起重机安全性紧密相关的约束条件,求解有效载荷从指定起点静止状态到指定终点静止状态且可以躲避障碍的最优运动方式及所需控制力。根据最优控制解结合逆动力学求解了多起重机系统的运动规律以及需要提供的动力。使用ADAMS软...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 起重机模建研究
    1.3 起重机吊运中的控制方案
    1.4 本文工作
2 起重机协同作业动力学方程
    2.1 起重机结构描述
    2.2 拉格朗日动力学方程
    2.3 状态空间转化
    2.4 起重机驱动逆动力学
        2.4.1 起重机吊臂上端点的运动规律
        2.4.2 起重机的运动规律
        2.4.3 起重机的动力
3 基于保辛最优控制的起重机协同吊运轨迹规划
    3.1 有约束的序列保辛最优控制算法
    3.2 起重机协同吊运避障控制问题描述
        3.2.1 约束条件
        3.2.2 性能指标
        3.2.3 模型参数
    3.3 起重机协同吊运避障问题
        3.3.1 模型准确性验证
        3.3.2 四起重机协同吊装重物避障能耗对比算例
4 基于模型预测控制的起重机协同吊运轨迹优化
    4.1 模型预测控制算法
    4.2 模型预测控制器设计
        4.2.1 控制目标
        4.2.2 约束条件
        4.2.3 线性化动力学方程
    4.3 起重机协同吊运轨迹跟踪避障数值仿真
        4.3.1 关于状态权重矩阵的讨论
        4.3.2 关于初始条件扰动鲁棒性的讨论
        4.3.3 外界状态干扰鲁棒性的讨论
5 结论
参考文献
附录 第3章部分公式
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3783319