基于二次调节技术的船用起重机过浪溅区控制

发布时间：2020-06-11 12:36

【摘要】：在海上吊装作业中,货物由空气入水的过程被称为过浪溅区。在浪溅区内,货物所受的水动力在波浪的影响下产生急遽的变化,水动力的冲击会损坏货物中的关键部件,同时也会引发钢丝绳张力波动,严重时甚至会导致钢丝绳断裂。为了保证吊装作业的安全,本文引入阻抗控制思想,为基于二次调节技术的船用起重机设计了过浪溅区控制算法,具体工作如下:首先,介绍了基于二次调节技术的船用起重机的系统组成。建立了起重机系统、起重机母船和波浪运动的数学模型。对货物入水过程进行分析,明确了过浪溅区控制器的设计需求。随后,采用间接自适应鲁棒控制策略设计了二次单元的转角控制器。利用自适应反步法设计强鲁棒控制器以保证系统在外界干扰和模型不确定性下的稳定性,从而实现控制器与辨识算法分离。同时,引入命令滤波技术解决了传统反步法设计中存在的“复杂度爆炸”问题。随后,利用低通滤波从二次单元原始模型中获取新的参数化模型,设计鲁棒辨识算法在宽松的激励条件对未知参数进行估计。间接自适应鲁棒控制的稳定性由李雅普诺夫稳定理论证明。仿真结果表明,该算法在取得较高跟踪精度的同时实现了对二次单元的参数地精确估计。最后,设计阻抗控制器以保证货物入水的安全。控制器采用级联结构。在设计外环时,采用扩张状态观测器对货物难以测量的位置和速度进行估计,利用估计值构建阻抗控制器以实现货物的轨迹跟踪和阻抗调节。阻抗控制外环生成了二次单元转角的指令信号,为了保证了二次单元跟踪性能,采用前述的间接自适应鲁棒控制器设计内环。本文提出的阻抗控制策略在货物入水初期减少了水动力的波动,在货物完全入水后实现了对参考信号地精确跟踪,将其与力位平行控制算法进行对比,仿真结果验证了本文所提算法的有效性。
【图文】：

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华中科技大学硕士学位论文2 船用起重机系统模型与过浪溅区分析本章介绍了基于二次调节技术的船用起重机的系统组成。构建了船用起重机的数学模型，，同时对船用起重机母船运动和波浪运动进行建模。并对货物入水过程进行模拟，为后续的控制器设计奠定了基础。2.1 二次调节船用起重机系统组成船用起重机主要由恒压变量泵、蓄能器、二次单元、液压卷筒、钢丝绳和传感器组成，整体如图 2.1 所示：

示意图,货物,入水,示意图

本小节对货物入水过程进行模拟并分析水动力的影响。船用起重机和货物的参数如表 2.1 所示：表 2.1 系统参数表参数名参数值参数名参数值m ( kg )500 26.4( )pD m 0.5r ( m )0.16( )PL m 1.27( )2eJ kg m0.098( )wk N m62.42 10( )eB Nms 0.234( )lk mm mA1 ( Nm)rand (1 ) 0.5 ( s)0.002 ( )Tk Nm mm 15.6在实际中，油气管路等部件的吊装作业较为频繁，它们的形状近似于圆柱。为了贴合实际作业需要，本文以圆柱形货物为研究对象。如图 2.2 所示，该圆柱形货物以水平放置的方式入水。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.43

【参考文献】