基于拉格朗日算法的起重机摇摆模型构建及其防摇摆模糊控制系统仿真分析

针对桥式起重机吊装作业时的吊重摆动安全问题,基于拉格朗日方程构建桥式起重机作业时的负载摇摆数学模型,根据模糊控制理论设计桥式起重机防摇摆模糊PID控制器,并对所设计的防摇摆模糊控制系统进行仿真分析,与常规PID控制器防摇摆控制效果进行对比.结果表明,所设计的桥式起重机防摇摆模糊PID控制器能够快速消除起重机负载摇摆,而...     

模糊自适应PID控制在桥式起重机智能防摆中的应用

针对桥式起重机模型的非线性和不确定性,在建立数学模型的基础上,完成了基于模糊自适应PID防摆控制器的设计;控制器在角度环和位置环分别采用了模糊控制器和模糊PID控制器,可对吊重摆角和小车定位进行有效地控制,提高起重机的工作效率;通过MATLAB/SIMULINK仿真证实方法的可行性,并且与常规PID控制进行比较,方法响应速度快,稳态精度高,而且对于不同的绳长和吊重质量方法具有较好的鲁棒性。     

起重机吊重系统三绳机械减摇装置设计

鉴于船舶海上作业时起重机吊重的摇摆问题,设计了一种三绳机械减摇装置;其原理是利用三根外设的减摇索在吊钩处形成稳定的力三角形,并有效的限制吊重的摆幅,进而抑制吊重的摇摆。利用牛顿-欧拉方法建立了吊重系统的动力学模型,在MATLAB/Simulink中进行数字建模仿真分析,对不同横摇角度下该装置的减摇情况效果详细的分析,结果表明添加减摇装置后,吊重的面内角可减小86%左右。搭建试验平台进行试验验证,在与仿真条件相同的情况下,吊重的面内角可减小87%左右,面外角可减小95%左右,表明该装置具有明显的减摇效果。     

抑制吊重残余摆动的起重小车运动轨迹规划

针对桥式起重机欠驱动吊重在惯性力等作用下会产生残余摆动的问题,对起重机吊重的摆动进行相平面分析,提出抑制吊重残余摆动的起重小车运动轨迹规划.首先建立有阻尼摆动的起重机系统动力学模型,采用相平面分析法研究3种起重小车加速度曲线对吊重残余摆动的影响.构建李雅普诺夫函数从而得到基于吊重等效能量控制的起重小车动态加速度运动轨迹曲线.仿真结果表明:基于吊重等效能量控制的起重小车轨迹规划能有效减小吊重的摆动幅度,起重小车的运行加速度曲线更为平滑.当起重小车加速度与吊重摆动的方向相同时,起重小车的加速度越大,吊重等效能量减少的速度越快.当吊重初始摆角为0. 087 rad时,基于吊重等效能量运动轨迹规划的起重小车在7. 9 s后使吊重摆动达到允许摆角范围内.     

船用起重机减摇装置建模与试验

针对船用起重机在吊重摇摆的抑制问题,设计了一种船用起重机吊盘减摇装置。利用恒张力吊盘将吊绳的摆幅减小,从而减小吊重的摇摆。建立吊重在有无吊盘下的吊重的运动学方程,使用MATLAB/Simulink软件对运动学模型进行仿真分析。详细分析了在船舶不同的横摇角度下吊重的摇摆情况,并进行有无吊盘减摇装置的对比。结果表明,有吊盘的情况下,吊重的面内角可减小54%左右,面外角可减小59%左右,通过搭建试验平台进行试验,得到有吊盘时,吊重的面内角可减小60%左右,面外角可减小53%左右,验证了减摇装置的有效性。     

基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

针对桥式起重机工作过程中吊重摇摆的问题,基于预测控制策略提出了一种电子防摇设计方法.首先对桥式起重机进行动力学分析,利用Lagrange方程,建立了面向控制的数学模型.其次,根据对象的历史信息和未来输入预测其将来输出,结合预测误差补偿,通过性能函数的优化得到其控制律.最后,仿真结果表明,所设计的防摇系统能实现小车快速定位和吊重摆角的有效抑制.与最优防摇控制相比,系统超调量和摆角幅度均大大减小,显示了该防摇方法的优越性;加入参数摄动和测量噪声,防摇系统仍能很好地达到控制目标,说明了该防摇方法具有较好的鲁棒性.     

三绳机械减摇装置的设计与研究

鉴于船舶海上作业时起重机吊重的摇摆问题,设计了一种三绳机械减摇装置,其原理是利用三根外设的减摇索在吊钩处形成稳定的力三角形,并有效的限制吊重的摆幅,进而抑制吊重的摇摆。利用牛顿-欧拉方法建立了吊重系统的动力学模型,在Matlab/Simulink中进行数字建模仿真分析,对不同横摇角度下该装置的减摇情况效果详细的分析,结果表明添加减摇装置后,吊重的面内角可减小86%左右。搭建试验平台进行试验验证,在与仿真条件相同的情况下,吊重的面内角可减小87%左右,面外角可减小95%左右,表明该装置具有明显的减摇效果。     

基于Recurdyn的回转起重机仿真研究

回转起重机在工作的过程中,由于离心力和惯性力的作用,会导致吊物摆动。吊物的摆动会对起重机产生冲击载荷,影响起重机的工作效率和安全性能。该文采用Recurdyn及Recurdyn/Belt模块建立集刚柔于一体的回转起重机动力学仿真模型。通过对模型的仿真研究得出回转起重机的回转机构运动对吊物的摆动影响最大。     

门式起重机防摆控制系统模型

针对门式起重机工作过程中吊重受惯性力及外载荷干扰引起的摆动现象,依据拉格朗日方程建立起重机动力学方程及状态空间方程,利用LQR线性二次型最优控制方法对起重机的摆动进行了分析控制,并采用Matlab软件对其进行了仿真．结果表明,这种控制方法能有效地使门式起重机负载在最短的时间内达到期望的定位点,提高了工作效率及作业安全性,这种方法也可推广到其它起重机的防摆控制系统设计上．     

嵌入式系统在起重机吊具防摇控制中的应用

针对起重机吊具防摇系统中PLC实现模糊PID控制算法的迟滞性及编程工作量大等问题,提出将嵌入式系统运用到其防摇控制中.系统采用主从控制方式,将嵌入式处理器设定为从机工作模式,PLC设定为主机工作模式.从机负责起重机吊具参数的采样和模糊PID控制算法的运算,主机根据从机运算结果负责控制起重机小车电机的转速和方向,通过主从机协同控制达到起重机吊具防摇的目的.串行通讯接口RS485保证主从机数据的可靠通信.系统借助嵌入式处理器运算平台,通过运用C语言编程,实现模糊PID防摇控制算法,程序简洁,处理器读写指令周期短,提高了系统的数据处理能力和控制效率,嵌入式处理器与PLC主从控制方式增加了系统结构的灵活性.同时,结合模糊PID算法的自适应特性,使系统具有较强的鲁棒性.     

船用起重机多绳系统同步运动控制策略

针对船用起重机在进行起升、变幅动作及受到外部扰动时,船用起重机多绳系统的减摇索之间无法实现同步运动的问题。首先建立了船用起重机多绳系统的运动学和动力学模型,接着提出了模糊PID控制策略,最后采用Matlab/Simulink软件进行仿真分析。结果表明:在模糊PID控制策略下,多绳系统期望绳长与实际绳长的误差逐渐趋向于零,期望绳长速度与实际绳长速度的误差逐渐趋向于零,相比于传统的PID控制效果,模糊PID控制策略具有更高的鲁棒性。     

考虑钢丝绳抖振情况下的塔式吊车消摆控制方法

塔式吊车系统负载摆角的抑制对于其安全运行至关重要,现有的消摆控制方法在抑制摆角方面取得了不错的效果,但这些控制方法均未考虑钢丝绳连同负载发生抖振的情况,存在安全隐患。针对此问题,提出一种考虑钢丝绳抖振情况下的塔式吊车系统摆角抑制方法。具体而言,首先建立塔式吊车水平运动时的非线性抖振机理模型,计算出系统发生抖振后传导到电机主轴上的非线性抖振力矩,并将该抖振力矩等值反向作为补偿力矩。其次,利用陷波器滤除补偿力矩外的其他干扰,再将补偿力矩与一种滑模消摆控制律计算出的控制力矩相叠加,控制驱动电机力矩输出。最后,仿真和实验结果表明提出的消摆方法对于摆角的抑制具有更好的控制效果。     

粒子群优化模糊PID的塔式起重机定位和防摆研究

针对塔式起重机控制系统是一个大时滞性、时变及非线性的控制系统,无法建立准确数学模型,难以进行精确控制的问题,设计了模糊PID控制器,通过模糊推理对PID的参数进行在线调整,但由于专家经验具有局限性、盲目性以及模糊控制内不确定因子过多,导致控制性能较差。因此,本文采用粒子群算法对量化因子和比例因子先在离线状态下进行迭代优化后,快速整定模糊PID参数,然后通过MATLAB对控制系统进行仿真分析。仿真结果表明,该方法明显提升了负载的运输效率,有效抑制了塔式起重机负载摆角,并实现了塔式起重机快速准确定位,具有较强的鲁棒性。     

一级旋转倒立摆及其控制装置的研究与实现

通过拉格朗日方程推导出一级旋转倒立摆系统的数学模型,起摆运动部分利用雅普诺夫方程分析,以摆杆势能偏差作为调控量对系统进行闭环控制,使系统摆杆运动受控,在倒立摆成功摆起后,在倒立摆非稳定平衡点处对系统模型进行线性化,并采用双闭环PID算法对倒立摆模型旋臂位置和摆臂位置进行稳定控制,并使用32位MCU搭建实验平台进行实际验证.结果表明,该控制方法可以实现旋臂静止和摆臂稳定于非稳定平衡点的效果.     

基于自抗扰理论的桅杆式起重机定位与消摆控制

桅杆式起重机在吊运的过程中负载产生的摆动问题会影响工作效率,严重时会造成一定的安全事故。为此,设计一种自抗扰控制器在保证负载快速精准定位的前提下,抑制负载摆角。首先,对桅杆式起重机进行动力学分析,建立系统的空间三维动力学方程;然后,针对桅杆式起重机的非线性和欠驱动特性设计自抗扰消摆控制器,实现旋转和俯仰运动机构的精准定位和有效消摆,从而为实际应用吊运过程中节省了大量的时间。最后,通过分别设置不同的绳长值以及与其它控制方法仿真结果对比分析可知,该控制器对桅杆式起重机负载的摆角值有着很好的抑制效果,并具有较强的鲁棒性。     

单摆混沌现象的研究

利用MATLAB软件强大的数值计算功能,使用龙格库塔法严格求解无阻尼单摆和有阻尼单摆的运动方程,研究单摆摆长、阻尼系数和初始摆角对单摆运动的影响．研究结果表明：单摆的周期与初始摆角有关,单摆周期随初始摆角的增大而增大;当两种单摆的参数取值处于某些范围肘,均能出现混沌现象;阻尼单摆在正阻尼条件下演化出随机吸引子,在负阻尼条件下演化出随机排斥子．通过计算不同参数值的单摆方程,发现单摆的运动对初始摆角、阻尼系数有很强的依赖性．最后提出了一种衡量混沌系统敏感性的量化指标——敏感系数,计算结果表明,初始摆角、单摆摆长、阻尼系数均能影响单摆的敏感系数．     

分组自适应模糊神经网络在双摆吊车上的应用

在工业生产中,若吊钩质量较大不能忽略,吊车会呈现出双摆系统特征,即吊钩绕台车进行一级摆动,同时负载绕吊钩进行二级摆动.针对这种欠驱动非线性系统控制问题,提出一种基于双摆桥式吊车系统的自适应神经网络与分组模糊控制相结合的控制策略.具体而言,采用改进的Takagi-Sugeno型神经网络模糊控制模型,利用分组模糊控制的方法,规避多输入模糊系统规则冗杂导致的时效性问题.因模糊控制不具备自适应与迭代优化参数的能力,引入神经网络模型借助混合算法,通过前向学习与反向学习,利用二次型最优控制理论设计得出的样本数据,不断优化模糊规则和隶属度函数,从而使控制器参数高精度逼近系统要求,满足双摆吊车高温熔融金属吊运的需求.最后仿真实验结果证明该控制策略不仅使双摆桥式吊车台车与负载快速、精确到达目标位置,还能够抑制吊钩与负载的摆动,提高了控制器性能.     

基于高斯伪谱法的双摆桥起消摆策略分析

为了解决桥式起重机钢丝绳和负载的双摆问题,本文提出采用高斯伪谱法实现消摆。深入分析了影响吊具与负载摆动的控制因素,通过系统运动状态运用拉格朗日方程建立了双摆桥起动力学模型和最优控制模型,依靠相同运动曲线的输入验证了模型的有效性;将原最优控制问题转换为高斯伪谱形式,采用高斯伪谱法直接对建立的模型进行分析并在有限时间内获得最优解。仿真实验结果表明：采用高斯伪谱法能够有效实现消摆,控制结果与其他控制方法作比较,进一步证明了高斯伪谱法的优越性及有效性。