桥式起重机无源防摆与定位控制方法研究

发布时间：2017-05-09 05:44

  本文关键词：桥式起重机无源防摆与定位控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥式起重机广泛应用于港口码头、生产车间、建筑工地和工业仓库等工况复杂的场所，不仅要求小车快速搬运货物到达目的地，实现小车的准确定位，而且要求在搬运过程中，货物摆角尽量小，到达目的地后迅速为零。但因受到速度变化和风力、摩擦等因素的影响，货物的摆动常常发生，使得生产效率降低同时也存在一定安全隐患。本文针对桥式起重机系统，从系统的能量入手，利用系统的无源性特点，充分吸收分数阶控制理论、滑模控制理论及滤波器等方法的优点，研究了基于无源控制的防摆与定位控制方法，实现负载的有效防摆和小车、绳长的准确定位。 首先，本文归纳与总结了桥式起重机防摆与定位问题的研究现状，分析了桥式起重机的组成结构和受力情况，利用欧拉-拉格朗日方程建立了相应的动力学模型，，并对系统的非线性特性进行了分析。 其次，通过对系统进行无源性分析，考虑摩擦的影响，构造了控制李雅普诺夫函数，研究了一种无源分数阶控制器应用于二维起重机系统。在比较分析后，寻找到该控制器参数γ的最佳应用区间，并通过与无源PD控制器比较发现，系统获得了更好的控制性能。 再次，针对三维桥式起重机系统，研究了一种无源滑模控制方法。该方法通过对所建立的欧拉-拉格朗日误差系统施加反馈输入补偿，重新定义输出信号，使得误差信号渐近收敛，在系统无源性分析后，构造了相应的控制李雅普诺夫函数，设计了一种无源滑模控制器(passive-basedcontrolslidingmodecontroller，PBC-SMC)，使得系统渐近稳定，并实现了有效防摆和准确定位。 最后，为了进一步改善系统的控制效果，将低通滤波器加在PBC-SMC控制器的输出端，得到低通PBC-SMC控制器，将其应用于变绳长系统和定绳长系统。仿真结果表明，该方法使得系统具有更好的动态性能和稳态性能，并消除了残余振荡。
【关键词】：桥式起重机 无源控制 分数阶 滑模控制 滤波器 防摆与定位
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH215
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 论文研究目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究状况11-15
• 1.2.1 轨迹跟踪12
• 1.2.2 镇定控制12-14
• 1.2.3 智能控制14-15
• 1.3 本文研究内容和结构15-18
• 第二章 桥式起重机系统动力学模型及其非线性特性分析18-24
• 2.1 引言18-19
• 2.2 动力学模型19-22
• 2.2.1 三维动力学模型19-21
• 2.2.2 二维动力学模型21-22
• 2.3 非线性特性22-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 基于无源性的分数阶控制方法24-38
• 3.1 引言24-25
• 3.2 无源控制理论25-28
• 3.2.1 无源性25
• 3.2.2 李雅普诺夫稳定定理25-27
• 3.2.3 拉塞尔不变集定理27-28
• 3.3 分数阶控制理论28-29
• 3.4 控制器设计29-31
• 3.4.1 系统无源性分析29-30
• 3.4.2 分数阶控制器30-31
• 3.5 仿真研究31-37
• 3.6 小结37-38
• 第四章 基于无源性的滑模控制方法38-50
• 4.1 引言38-39
• 4.2 滑模控制理论39-42
• 4.2.1 基本原理39-40
• 4.2.2 动态品质与控制律40-41
• 4.2.3 抖振现象41-42
• 4.3 Euler-Lagrange误差系统42-44
• 4.3.1 三维空间系统模型42-43
• 4.3.2 闭环误差系统及其无源性分析43-44
• 4.4 控制器设计44-45
• 4.5 仿真研究45-49
• 4.6 小结49-50
• 第五章 基于滤波器的无源滑模控制方法50-60
• 5.1 引言50
• 5.2 滤波器50-51
• 5.3 系统模型51-52
• 5.3.1 二维变绳长系统51-52
• 5.3.2 二维定绳长系统52
• 5.4 控制器设计52-54
• 5.4.1 PBC-SMC控制器52
• 5.4.2 低通PBC-SMC控制器52-54
• 5.5 仿真研究54-58
• 5.6 小结58-60
• 结论与展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 攻读学位期间发表的学术论文目录70-71

【参考文献】

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本文编号：351832