港口桥式起重机精确定位及防摆控制系统的研究

发布时间：2017-05-16 12:24

  本文关键词：港口桥式起重机精确定位及防摆控制系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：港口桥式起重机作为一种运载工具,广泛运用于港口装卸货物。由于起重机自身结构的原因,负载不可避免地产生位移偏差和吊重摆动。目前一般采用手动和消极的定位消摆方法,自动控制方案还不是很成熟。针对这种现状,本文设计了起重机主动定位防摆控制系统,根据不同的控制算法设计了相应的控制器,对起重机快速、安全的运行具有重要意义。根据某港口的装运工艺,分析研究桥式起重机在整个过程的运动特性；根据机理建模的方法,采用拉格朗日方程建立了三维桥式起重机系统的动力学模型,并在合理的范围内对起重机系统模型的非线性方程进行了简化,得到桥式起重机系统的线性模型；分析得到三维桥式起重机在X方向上和y方向上的移动具有独立性和等同效应,对三维动力学模型进行简化,得到二维动力学模型。根据起重机系统数学模型和控制目标,设计相应的传统PID控制器,并采用临界比例度法整定和优化控制器参数；同时在Matlab软件中对该控制系统进行仿真,仿真结果表明,控制性能基本满足现场的控制要求,但对负载参数变化比较敏感、摆角较大,尤其在遇到暴风雨等外界干扰时,超调量和调节时间明显增加。因此,传统PID控制在起重机系统中的应用,具有一定的局限性。港口桥式起重机是集非线性、时变性、不确定性及强耦合性为一体的复杂系统。为改进传统PID控制应用在起重机系统上动态特性差、抗扰性能弱的问题,本文利用模糊PID控制算法不依赖精确数学模型的优点,根据港口桥式起重机的特点,结合现场操作工作人员的经验,设计出符合现场工作工况的模糊规则,以实时整定模糊PID控制器的参数。根据参数在线控制的原则,最终设计出具有参数自整定功能的港口桥式起重机系统模糊PID控制器。仿真结果表明,模糊PID控制器不仅在定位精度方面优于传统PID控制器,对系统内部参数变化不敏感,而且对工况变化的适应性增强,吊重摆角较小,进一步提高了系统的鲁棒性。
【关键词】：港口起重机 精确定位 吊重防摆 三维动力学模型 模糊PID
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH215
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 港口桥式起重机精确定位防摆研究的热点11-12
• 1.3 港口桥式起重机精确定位防摆的研究现状12-15
• 1.4 本文的研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-18
• 第2章 港口桥式起重机系统数学模型的建立18-32
• 2.1 港口桥式起重机系统的工艺分析18-22
• 2.1.1 港口岸桥自动控制系统的硬件结构19-21
• 2.1.2 该港口岸桥自动控制系统的软件结构21-22
• 2.2 桥式起重机数学模型的建立22-30
• 2.2.1 桥式起重机系统三维动力学模型22-26
• 2.2.2 桥式起重机系统三维动力学模型的简化26-27
• 2.2.3 桥式起重机二维动力学模型27-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第3章 港口岸桥定位防摆控制器设计32-40
• 3.1 港口桥式起重机系统的控制目标分析32-34
• 3.1.1 桥式起重机系统的稳态性能分析32-33
• 3.1.2 桥式起重机系统的动态性能分析33-34
• 3.2 港口岸桥起重机系统的开环控制34-36
• 3.3 港口岸桥起重机系统的闭环控制36-39
• 3.4 本章小节39-40
• 第4章 港口岸桥定位防摆系统模糊控制器设计40-54
• 4.1 港口岸桥定位防摆系统模糊控制器的构建40-44
• 4.2 港口岸桥定位防摆系统模糊控制器的参数设计44-53
• 4.2.1 港口岸桥定位防摆系统参数论域的确定44-45
• 4.2.2 系统量化因子和比例因子参数设计45-47
• 4.2.3 岸桥系统模糊控制器隶属函数的设计47-49
• 4.2.4 岸桥系统参数整定规则和模糊推理设计49-51
• 4.2.5 岸桥系统控制器输出量的反模糊化51-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 港口岸桥定位防摆系统的仿真分析54-66
• 5.1 港口岸桥定位防摆系统仿真模型的搭建54-56
• 5.1.1 港口岸桥定位防摆系统传统控制仿真模型54-55
• 5.1.2 港口岸桥定位防摆系统模糊控制仿真模型55-56
• 5.2 仿真结果分析56-63
• 5.2.1 传统控制在精确定位方面的仿真分析56-57
• 5.2.2 传统控制在精确定位与防摆方面的仿真分析57-58
• 5.2.3 模糊控制在精确定位与防摆方面的仿真分析58-60
• 5.2.4 模糊控制与传统控制抗扰性能的仿真对比分析60-61
• 5.2.5 岸桥定位防摆系统参数变动下仿真分析61-63
• 5.3 本章小结63-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 6.1 本文总结66-67
• 6.2 未来工作展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

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