起重机吊重偏摆与定位系统的控制研究

发布时间：2017-07-27 00:09

  本文关键词：起重机吊重偏摆与定位系统的控制研究

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【摘要】：桥门式起重机是现代工业生产中重要的物料搬运机械,在车间的产品生产调运、港口的集装箱码放以及林区的原木装卸等工作中有着广泛的应用。起重机在作业的过程中,大、小车的运动状态发生改变会使吊重发生球面摆动,这将降低起重机的吊装作业效率和安全性能。 本文对桥门式起重机的吊运过程进行动力学分析,并根据系统的动力学特性提出吊重偏摆和定位的控制方案,在提高起重机的作业效率和提高作业安全性方面具有实际意义。论文的主要研究内容如下： (1)从总体上对起重机进行力学分析,应用拉格朗日方程原理建立大小车同时运行条件下的起重机吊运过程的数学模型。模型的分析结果表明,吊重在大车和小车运行平面内的摆动是不相关的,从而建立只有小车运行条件下的系统模型。对模型进行线性化处理得出系统处于临界稳定状态,有一个振荡环节。 (2)在MATLAB/Simulink软件环境下进行系统动力学特性的仿真试验。仿真结果表明,吊重在小车的加速阶段和制动阶段做受迫摆动,速度呈现周期性交替变化,其定位主要受自身的质量大小和钢丝绳长度的影响。小车制动停止后,吊重仅在空气阻力和钢丝绳的阻尼作用下达到完全消除摆动需要的时间较长。 (3)采用PID控制和模糊控制理论研究吊重偏摆与定位的控制机理,分别对两种控制方法进行仿真试验：PID控制和模糊控制系统都能控制吊重跟随小车到达目标位移处并且快速消除吊重的摆动。但两种方法都存在不足之处：PID控制存在位移超调量大的缺点,对吊重的最大摆角的限制效果也不好；模糊控制缺少对静态误差的消除作用,稳定性难以保证。在此基础上,将PID控制与模糊控制技术结合起来,形成参数自整定的模糊PID控制系统。仿真结果表明：该控制系统具有常规模糊控制响应速度快的特点,同时将吊重的最大偏摆角度限制得更小,吊重的摆动时间进一步缩短。系统对钢丝绳的长度和吊重的质量的变化具有很好的鲁棒性。
【关键词】：起重机 吊重偏摆 定位 动力学仿真 控制
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH21;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 选题依据8-9
• 1.2 研究意义9
• 1.3 国内外相关研究9-11
• 1.3.1 起重机动力学仿真的相关研究9-10
• 1.3.2 吊重偏摆与定位控制的相关研究10-11
• 1.4 课题研究的主要内容11-13
• 2 起重机吊重偏摆与定位系统的动力学模型构建13-23
• 2.1 系统建模的理论基础和方法13-14
• 2.2 基于拉格朗日方程的系统动力学模型构建14-19
• 2.2.1 吊重偏摆与定位系统的建模基础14-16
• 2.2.2 空间模型的建立16-17
• 2.2.3 空间模型的简化处理17
• 2.2.4 平面模型的建立与简化17-19
• 2.3 系统的状态空间描述与传递函数19-20
• 2.3.1 微分方程的状态空间描述19-20
• 2.3.2 系统的传递函数20
• 2.4 系统的动态特性分析20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 起重机吊重偏摆与定位的试验测量与动力学仿真23-33
• 3.1 小车运行和吊重偏摆的试验测量23-25
• 3.2 系统的动力学仿真技术25-26
• 3.3 MATLAB/Simulink仿真技术26-27
• 3.3.1 仿真工具26-27
• 3.3.2 Simulink仿真过程27
• 3.4 小车运行和吊重偏摆的仿真分析27-32
• 3.4.1 模型方程的构建27-28
• 3.4.2 仿真试验与分析28-32
• 3.4.3 仿真结果与实测结果的对比32
• 3.5 本章小结32-33
• 4 起重机吊重偏摆与定位的传统控制方法研究33-51
• 4.1 PID控制系统33-35
• 4.1.1 PID控制系统的结构33-34
• 4.1.2 控制参数34
• 4.1.3 控制系统分类34-35
• 4.2 起重机吊重偏摆与定位的PID控制仿真35-39
• 4.2.1 系统的PID控制模型35-36
• 4.2.2 系统的PID控制仿真36-39
• 4.3 模糊控制系统39-43
• 4.3.1 模糊控制理论40-42
• 4.3.2 模糊控制系统的组成42-43
• 4.4 起重机吊重偏摆与定位的模糊控制仿真43-50
• 4.4.1 系统的模糊控制模型43-47
• 4.4.2 系统的模糊控制仿真47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 基于参数自整定的吊重偏摆与定位模糊PID控制51-62
• 5.1 模糊PID控制系统的结构51-52
• 5.2 控制器的设计步骤52-53
• 5.3 起重机吊重偏摆与定位的模糊PID控制53-56
• 5.3.1 隶属度函数的确定53-54
• 5.3.2 模糊控制规则的建立54-56
• 5.4 模糊PID控制系统的仿真分析56-61
• 5.4.1 控制模型的建立56-59
• 5.4.2 控制模型的仿真分析59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 攻读学位期间发表的学术论文68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋君烈,肖军,徐心和;倒立摆系统的Lagrange方程建模与模糊控制[J];东北大学学报;2002年04期

2 马晓虹;;一种模糊自适应PID控制器的设计[J];大庆师范学院学报;2009年03期

3 高丙团;陈宏钧;张晓华;;龙门吊车系统的动力学建模[J];计算机仿真;2006年02期

4 钟斌;;基于状态估计的起重机吊重摆角衰减方法[J];计算机仿真;2011年07期

5 董明晓,郑康平,姜红,王小椿;塔式起重机载荷摆动特性研究[J];机械科学与技术;2004年08期

6 巫波;;起重机智能防摆控制技术探讨[J];机械研究与应用;2011年01期

7 吴宏鑫,沈少萍;PID控制的应用与理论依据[J];控制工程;2003年01期

8 吕广明;邵国涛;;塔式起重机PID控制的研究[J];建筑机械化;2009年07期

9 李树江;胡韶华;吴海;;基于LQR和变论域模糊控制的吊车防摆控制[J];控制与决策;2006年03期

10 金栋平,文浩,胡海岩;绳索系统的建模、动力学和控制[J];力学进展;2004年03期

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本文编号：578969