基于自适应模糊神经网络控制的起重机吊载防摇研究
发布时间：2020-12-10 11:12
随着港口货物装载的发展日趋智能化和自动化,对集装箱起重机的控制要求也越来越高。由于起重机-吊载组成的系统动力学特性,小车在运行过程中会使吊载产生摇摆,这样不仅降低了作业效率,更是增加了安全隐患。因此实现起重机小车快速到达目标位置且减小吊载摆动角度,防摇控制是值得研究的一个问题。本文为了解决这一问题,作了如下几个部分的工作:一,针对起重机-吊载组成的系统,基于拉格朗日方程建立起重机-吊载的动力学模型。由于该模型的参数存在很多的不确定性,难以建立精确的数学模型。本文忽略一些外界的不确定因素,对模型进行简化。二,针对吊载摇摆的问题,采用了基于自适应模糊PID控制方法实现吊载的防摇控制。由于模糊规则多是依赖于专家经验和领域知识等,具有很好地鲁棒性,这里利用模糊规则实时调整PID的参数,该方法便于实施、精度高,又能实现对时变系统的实时调控。利用Matlab/Simulink平台搭建系统的防摇系统模型进行仿真,仿真结果表明该控制方法较单纯的PID控制方法更为有效。三,针对多维模糊推理过程中推理规则过于庞大,且PID控制不适用于复杂非线性系统的问题,提出一种基于谱共轭梯度法的T-S模糊神经网络控制方...
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
桥式集装箱起重机Fig1-1Bridgecontainercrane
第二章桥式集装箱起重机动力学模型8第二章桥式集装箱起重机动力学模型桥式集装箱起重机(简称岸桥或吊桥)是专门用于集装箱码头对集装箱进行装卸作业的专业设备，一般安装在港口码头岸边。本章以桥式集装箱起重机为例，介绍起重机-吊载系统数学模型的建立过程。本章系统的分析了桥式集装箱起重机的工作原理，基于拉格朗日方程，建立了起重机的数学模型，并经过线性化处理，得到系统的传递函数和状态空间方程，以便于后续的防摇研究。2.1桥式集装箱起重机系统构成桥式集装箱起重机系统主要用于港口货物的装载和调度，其基本结构如图2-1所示。在每台集装箱起重机下配有一台装卸用的吊具，通过小车的移动，拖动吊具上的货物来回移动，从而完成货物的装载运输，主要包括以下四部分：1)起升机构：吊具通过钢丝与滑轮连接，实现纵向移动；2)小车机构：电机通过钢丝驱动小车，带动吊具和货物实现水平移动；3)大车机构：实现整个桥式集装箱起重机的水平移动；4)俯仰机构：实现桥式集装箱起重机大梁的纵向移动，以便避让船只等障碍物。图2-1桥式集装箱起重机结构图Fig2-1Structurechartofbridgecontainercranesystem
中国石油大学（华东）工程硕士学位论文29将数据代入模型中可得具体模型如下：24322432()29.8()100.41471.96()()100.41471.96XssFsssssssFsssss(3-16)图3-10为起重机-吊载系统的自适应模糊PID控制的Simulink框图。前提需要对“FuzzyController”模块进行设定，根据3.2.2至3.2.5小结对变量的模糊语言值、模糊论域、隶属函数的选择以及模糊规则的确立来设定，具体如图3-11至图3-13所示。然后将设定好的模糊控制器应用到起重机-吊载系统中进行防摇控制，在MATLAB命令窗口输入“PID=readfis(‘fuzzyPID.fis’)”命令，回车即可将设定好的模糊PID控制器加载到simulink搭建的系统模型中应用。图3-10自适应模糊PID控制器simulink模型Fig3-10SimulinkmodelofadaptivefuzzyPIDcontroller图3-11模糊逻辑设计Fig3-11Fuzzylogicdesigner
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电厂工况划分的模糊C-均值聚类算法研究[J]. 王惠杰,李鑫鑫,许小刚,王品. 电力科学与工程. 2016(11)
[2]一种新的求解无约束优化问题的谱共轭梯度法[J]. 李智群,林浦任,韦增欣. 西南大学学报(自然科学版). 2016(07)
[3]一种求解化工动态优化问题的改进磷虾觅食优化算法[J]. 臧人霖,李树荣,葛玉磊,常鹏. 系统科学与数学. 2016(07)
[4]拉格朗日中值定理教法研究[J]. 李双安,陈凤华,赵艳伟. 数学学习与研究. 2016(09)
[5]基于拉格朗日方程的积油转子系统力学建模和数值仿真[J]. 许涛,王美令,张兆丰,韩清凯. 机电工程技术. 2015(10)
[6]PID控制器改进方法研究[J]. 赵凤姣,厉虹. 控制工程. 2015(03)
[7]重心法去模糊的环境舒适性指标评价[J]. 陈嘉源,吴黎明,蔡文,吴海生. 数学的实践与认识. 2015(09)
[8]基于Matlab的模糊PID控制系统设计及仿真[J]. 窦艳艳,钱蕾,冯金龙. 电子科技. 2015(02)
[9]基于差分进化算法的模糊核聚类算法及其在故障诊断中的应用[J]. 张新萍,张孝远,刘杰. 电力系统保护与控制. 2014(17)
[10]Zadeh扩张原理下模糊数空间的代数结构[J]. 李洪亮,裴慧丽,吴从炘. 模糊系统与数学. 2014(01)
博士论文
[1]基于模糊规则的知识发现与表示研究[D]. 王显昌.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]四自由度的欠驱动桥式起重机非线性防摆控制[D]. 李志勇.大连理工大学 2016
[2]桥门式起重机智能防摇系统的研究与仿真[D]. 洪朝飞.太原科技大学 2014
[3]基于自适应神经模糊方法非线性MIMO控制研究[D]. 曾志心（TANG CHI TAM）.昆明理工大学 2014
[4]岸边集装箱起重机自动防摇控制的研究[D]. 王佳奕.上海交通大学 2012
[5]起重机主动防摇控制策略研究[D]. 王广超.西南交通大学 2012
[6]岸边桥式集装箱起重机防摇摆控制系统的设计与实现[D]. 赵斌.上海交通大学 2009
[7]基于模糊控制的桥式起重机防摆研究[D]. 王玥媛.大连理工大学 2008
[8]复摆系统振动的主动控制仿真实现[D]. 胡举喜.上海海事大学 2005
本文编号：2908595
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
桥式集装箱起重机Fig1-1Bridgecontainercrane
第二章桥式集装箱起重机动力学模型8第二章桥式集装箱起重机动力学模型桥式集装箱起重机(简称岸桥或吊桥)是专门用于集装箱码头对集装箱进行装卸作业的专业设备，一般安装在港口码头岸边。本章以桥式集装箱起重机为例，介绍起重机-吊载系统数学模型的建立过程。本章系统的分析了桥式集装箱起重机的工作原理，基于拉格朗日方程，建立了起重机的数学模型，并经过线性化处理，得到系统的传递函数和状态空间方程，以便于后续的防摇研究。2.1桥式集装箱起重机系统构成桥式集装箱起重机系统主要用于港口货物的装载和调度，其基本结构如图2-1所示。在每台集装箱起重机下配有一台装卸用的吊具，通过小车的移动，拖动吊具上的货物来回移动，从而完成货物的装载运输，主要包括以下四部分：1)起升机构：吊具通过钢丝与滑轮连接，实现纵向移动；2)小车机构：电机通过钢丝驱动小车，带动吊具和货物实现水平移动；3)大车机构：实现整个桥式集装箱起重机的水平移动；4)俯仰机构：实现桥式集装箱起重机大梁的纵向移动，以便避让船只等障碍物。图2-1桥式集装箱起重机结构图Fig2-1Structurechartofbridgecontainercranesystem
中国石油大学（华东）工程硕士学位论文29将数据代入模型中可得具体模型如下：24322432()29.8()100.41471.96()()100.41471.96XssFsssssssFsssss(3-16)图3-10为起重机-吊载系统的自适应模糊PID控制的Simulink框图。前提需要对“FuzzyController”模块进行设定，根据3.2.2至3.2.5小结对变量的模糊语言值、模糊论域、隶属函数的选择以及模糊规则的确立来设定，具体如图3-11至图3-13所示。然后将设定好的模糊控制器应用到起重机-吊载系统中进行防摇控制，在MATLAB命令窗口输入“PID=readfis(‘fuzzyPID.fis’)”命令，回车即可将设定好的模糊PID控制器加载到simulink搭建的系统模型中应用。图3-10自适应模糊PID控制器simulink模型Fig3-10SimulinkmodelofadaptivefuzzyPIDcontroller图3-11模糊逻辑设计Fig3-11Fuzzylogicdesigner
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电厂工况划分的模糊C-均值聚类算法研究[J]. 王惠杰,李鑫鑫,许小刚,王品. 电力科学与工程. 2016(11)
[2]一种新的求解无约束优化问题的谱共轭梯度法[J]. 李智群,林浦任,韦增欣. 西南大学学报(自然科学版). 2016(07)
[3]一种求解化工动态优化问题的改进磷虾觅食优化算法[J]. 臧人霖,李树荣,葛玉磊,常鹏. 系统科学与数学. 2016(07)
[4]拉格朗日中值定理教法研究[J]. 李双安,陈凤华,赵艳伟. 数学学习与研究. 2016(09)
[5]基于拉格朗日方程的积油转子系统力学建模和数值仿真[J]. 许涛,王美令,张兆丰,韩清凯. 机电工程技术. 2015(10)
[6]PID控制器改进方法研究[J]. 赵凤姣,厉虹. 控制工程. 2015(03)
[7]重心法去模糊的环境舒适性指标评价[J]. 陈嘉源,吴黎明,蔡文,吴海生. 数学的实践与认识. 2015(09)
[8]基于Matlab的模糊PID控制系统设计及仿真[J]. 窦艳艳,钱蕾,冯金龙. 电子科技. 2015(02)
[9]基于差分进化算法的模糊核聚类算法及其在故障诊断中的应用[J]. 张新萍,张孝远,刘杰. 电力系统保护与控制. 2014(17)
[10]Zadeh扩张原理下模糊数空间的代数结构[J]. 李洪亮,裴慧丽,吴从炘. 模糊系统与数学. 2014(01)
博士论文
[1]基于模糊规则的知识发现与表示研究[D]. 王显昌.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]四自由度的欠驱动桥式起重机非线性防摆控制[D]. 李志勇.大连理工大学 2016
[2]桥门式起重机智能防摇系统的研究与仿真[D]. 洪朝飞.太原科技大学 2014
[3]基于自适应神经模糊方法非线性MIMO控制研究[D]. 曾志心（TANG CHI TAM）.昆明理工大学 2014
[4]岸边集装箱起重机自动防摇控制的研究[D]. 王佳奕.上海交通大学 2012
[5]起重机主动防摇控制策略研究[D]. 王广超.西南交通大学 2012
[6]岸边桥式集装箱起重机防摇摆控制系统的设计与实现[D]. 赵斌.上海交通大学 2009
[7]基于模糊控制的桥式起重机防摆研究[D]. 王玥媛.大连理工大学 2008
[8]复摆系统振动的主动控制仿真实现[D]. 胡举喜.上海海事大学 2005
本文编号：2908595
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