桥式起重机智能防摆控制技术研究

发布时间：2017-10-23 08:02

  本文关键词：桥式起重机智能防摆控制技术研究

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【摘要】：桥式起重机(以下简称为起重机)广泛应用在港口、火车站、仓库与许多大型工程建设中,并起到十分重要的物流运输作用。起重机的主要运动部分为:大、小车平移机构、吊重起升机构。目前在大、小车平移机构中多采用多轴驱动技术,多轴同步控制的研究对于起重机的平稳安全运行具有重要的意义。吊重起升机构的防摆控制技术对提高装卸效率,减轻操作人员的工作强度,减少起重机运行过程中的安全隐患具有较大研究价值。本文系统地介绍了几种控制理论,经典的PID控制理论、模糊控制理论、和粒子群算法(PSO算法)。关于PID控制器的比例、积分、微分环节系数整定问题,本文设计了模糊PID控制器和PSO算法自整定PID控制器。本文建立了永磁同步单机的数学模型,研究了同步电机的调速工作原理,并进行了仿真研究。本文提出了一种多轴同步控制方法:基于虚拟轴的交叉耦合控制。该方案采用了模糊PID控制器。通过Matlab仿真实验对该方法的多轴同步性能进行了研究,经过分析仿真结果和采回的实测数据,证明了该方法具有良好的消除同步误差的能力,同时具备较强的鲁棒性。本文探讨研究了一种智能防摇控制系统,在消除吊重摆动的同时可以完成起重机精确定位。首先对吊摆动系统进行了动力学分析,利用拉格朗日状态方程方法建立数学模型,基于该方程组建立吊摆系统的Matlab仿真模型,利用仿真实验,详细地研究了影响吊重摆动的各种因素。最后设计了一种位移补偿闭环防摆控制系统,该系统的控制器采用了PSO算法自整定PID控制器。该智能防摆控制系统与常见的几种防摆控制系统进行了仿真实验对比。仿真结果表明:该系统具有较好的摆角抑制作用,同时可以完成起重机平移机构的精确定位,验证了PSO算法自整定PID控制器在防摆控制系统中的适用性。
【关键词】：永磁同步电机 多轴同步 防摆 模糊PID 粒子群算法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH21;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及研究意义12-13
• 1.1.1 课题的研究背景12-13
• 1.1.2 课题的研究意义13
• 1.2 起重机同步和减摆研究现状13-18
• 1.2.1 多电机同步控制技术简介13-16
• 1.2.2 国内外防摆技术发展及现状16-18
• 1.3 论文主要研究工作18-20
• 第二章 控制算法介绍20-28
• 2.1 PID控制算法20-21
• 2.2 模糊PID控制器21-24
• 2.2.1 模糊控制理论21-22
• 2.2.2 模糊控制原理22-23
• 2.2.3 模糊PID控制23
• 2.2.4 模糊PID控制器设计23-24
• 2.3 基本粒子群优化算法24-27
• 2.3.1 粒子群算法的起源24-25
• 2.3.2 粒子群算法的原理25-26
• 2.3.3 粒子群算法的拓扑结构26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 起重机多轴同步策略研究28-51
• 3.1 引言28
• 3.2 永磁同步电机28-34
• 3.2.1 永磁同步电机数学模型28-32
• 3.2.2 永磁同步电机模型仿真32-34
• 3.3 基于虚拟轴的双反馈交叉耦合同步控制34-36
• 3.4 虚拟轴双反馈交叉耦合同步控制模型仿真36-45
• 3.4.1 控制系统仿真建模36-37
• 3.4.2 模糊PID控制器仿真设计37-40
• 3.4.3 控制模型仿真数据与分析40-45
• 3.5 现场实测数据分析45-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 起重机吊摆系统建模51-62
• 4.1 引言51-52
• 4.2 起重机吊摆系统的动力学模型52-55
• 4.2.1 二自由度摆动系统模型建立52-54
• 4.2.2 模型分析54-55
• 4.3 影响吊重摆角因素分析55-61
• 4.3.1 摆角影响因素的研究仿真模型55-57
• 4.3.2 绳长对吊重摆角的影响57-59
• 4.3.3 驱动力对吊重摆角的影响59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 起重机防摆控制方法研究62-81
• 5.1 引言62
• 5.2 起重机定位系统62-63
• 5.3 起重机定闭环防摆系统设计63-72
• 5.3.1 基于闭环控制的防摆系统63-65
• 5.3.2 速度补偿防摆控制仿真65-67
• 5.3.3 位移补偿防摆控制仿真67-72
• 5.4 粒子群算法PID控制器72-73
• 5.5 粒子群算法PID仿真模型73-75
• 5.6 粒子群PID防摇仿真与分析75-79
• 5.7 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 全文总结81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读学位期间发表的学术论文88

【参考文献】

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本文编号：1082277