PD结合输入整形控制桥式起重机的载荷摆振、控制力及能耗分析

桥式起重机的加、减速运动引起载荷摆振,从而降低了起重机的工作效率、安全性和可靠性.基于起重机的动力学特性提出PD结合输入整形控制策略,研究在斜坡速度输入信号作用下PD结合输入整形控制系统的响应、控制力和能耗,定量分析输入整形和反馈增益对载荷的摆振幅值、摆振周期、控制力及能耗的作用规律.在相同反馈增益的情况下,与PD反馈控制相比较,PD结合输入整形控制使载荷的最大摆振幅值降低27%,控制器控制力降低37%,而且在一个摆振周期内有效消除载荷的残留摆振,减小起重机的辅助作业时间,提高了系统的工作效率,降低了系统的能耗.     

回转塔式起重机动力学模型及时滞控制研究

回转塔式起重机是包含3个刚性模态的柔性系统,3个刚体的运动使载荷产生空间摆运动,变幅和回转运动影响摆动的幅值,起升运动改变了摆动的频率和阻尼.本文提出通过控制一个柔性模态来消除载荷的摆动,另一个柔性模态由机械结构来消除的控制方案,并且设计最优时滞控制器消除载荷的残留振荡,使摆动能量最小,仿真结果证明了这一控制策略的有效性.     

单参数调整的欠驱动吊车防摆定位全过程自抗扰控制

通过对比台车作业轨迹的理想值与实际值,构造台车作业轨迹的误差反馈控制律;针对绳长、负载、非线性等因素影响负载摆动且负载摆动角度和角速度难以测量的问题,设计负载摆动的扩张状态观测器,并构造抑制负载摆动的误差反馈控制律,进而得到不依赖于系统模型参数、结构简单且能抑制系统非线性及干扰影响的吊车防摆定位全过程自抗扰控制器。研究结果表明:使用Hurwitz稳定矩阵的特征值与控制系统增益产生关联,保证闭环系统的稳定性,而且将繁琐的控制系统参数化为容易实施的单参数调整,使吊车在绳长变化及外界恶劣环境的干扰下,实际作业曲线都能全过程按照设定轨迹以尽可能小的负载摆角运行,使台车作业时间得到准确控制,吊车作业效率显著提升。     

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.     

倒立摆平衡系统变结构控制器的设计

系统作滑模运动时其模态几乎与外界扰动和参数摄动无关，这时系统具有相当强的鲁棒性和抗干扰能力。本文把变结构控制策略应用于倒立摆平衡系统，设计出带状态反馈的变结构控制器，并进行了仿真研究。结果表明该控制系统对敏感部位上摆扰动及参数摄动具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。     

具有强鲁棒性的时滞滤波器设计

采用了零极点配置方法来设计具有强鲁棒性的时滞滤波器,消除小阻尼不确定性系统的残留振动。通过在系统极点附近配置多个滤波器零点,建立离散传递函数得到时滞滤波器方程,设计简单。该方法在起重机载荷防摆控制中得到了很好的应用,能够有效地消除载荷的摆动,且对缆绳长度的变化具有很好的鲁棒性。     

基于混合系统的倒立摆的建模与仿真

针对倒立摆系统中摆杆的控制问题,从混合系统的角度出发,将单摆描述为一个混合自动机,运用不同控制策略之间的切换,构造能量控制器进行起摆控制,在工作平衡点运用线性反馈控制器进行稳定控制,实现将倒立摆从不同初始状态摆起并稳定在θ=0(工作位置)的目标位置。在MATLAB环境中建立单摆的Simulink仿真模型并通过CheckMate 3.6工具箱进行仿真,结果表明在不同初始条件下的单摆系统都能在较短时间内到达垂直向上位置并稳定。     

逆系统轨迹控制二级倒立摆自动摆起

将逆系统轨迹控制应用于二级倒立摆的自动摆起控制系统,离线求解非线性方程两点边值问题,得到系统的参考轨迹;采用逆系统前馈控制和基于H∞控制的增益调度反馈控制对参考轨迹进行精确跟踪,实现二级倒立摆的自动摆起;当两摆杆摆起到竖直倒立位置后,采用变增益H∞反馈控制器进行稳定控制.仿真实验结果表明,该方案在较短的摆起时间内实现了二级倒立摆两摆杆的自动摆起,稳定性和鲁棒性明显提高.     

基于混合系统的倒立摆的建模与仿真

针对倒立摆系统中摆杆的控制问题,从混合系统的角度出发,将单摆描述为一个混合自动机,运用不同控制策略之间的切换,构造能量控制器进行起摆控制,在工作平衡点运用线性反馈控制器进行稳定控制,实现将倒立摆从不同初始状态摆起并稳定在θ=0(工作位置)的目标位置。在MATLAB环境中建立单摆的Simulink仿真模型并通过CheckMate 3．6工具箱进行仿真,结果表明在不同初始条件下的单摆系统都能在较短时间内到达垂直向上位置并稳定。     

基于LQR理论的直线单级倒立摆PID控制仿真研究

针对一级倒立摆不稳定的特性,为其建立了数学模型,并采用双PID控制策略对其进行控制.通过线性二次型最优控制(LQR)理论计算出反馈矩阵K,将K中的参数作为PID控制器的参数.计算机仿真实验结果表明,此方法可以简化PID控制器参数的选取过程,并对直线一级倒立摆系统取得了良好的控制效果.     

基于输入整形的桥式起重机组合滑模控制

考虑桥式起重机载荷的垂直运动速度,提出一种新的基于输入整形的组合滑模控制方法。结合输入整形前馈控制和滑模反馈控制的优点,设计组合滑模控制器控制小车位移和负载摆角,利用输入整形进一步抑制负载的残留振荡,采用Lyapunov方法证明了系统的稳定性,实现了起重机小车的精确定位和负载的消摆,对外部干扰具有很强的鲁棒性,控制性能得到了改善。仿真结果表明了方案的有效性和可行性。     

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。     

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。     

机器人的主动顺应控制

本文提出一种新的机器人顺应控制方法,该方法运用力反馈控制技术使原来只具有位置控制能力的通用机器人成为同时具有力和位置双重控制能力即顺应控制能力的机器人。同时用一台功能较强的通用计算机取代原系统的专用机作为控制主机来提高系统的控制精度、速度和编程能力,使用户摆脱专用机器人语言的限制,更方便地用高级语言编制程序,实现对机器人的各种控制,文中还给出了机器人系统刚度的测试方法和以此为基础的去耦力反馈矩阵的计算。     

基于手柄积分的液压挖掘机回转系统速度位置复合控制特性

传统液压挖掘机回转系统是靠驾驶员的观测实现定位,生产效率和回转定位精度较低.为此,本研究基于手柄积分控制,提出一种速度位置复合闭环控制策略,根据设定运行速度和目标位置,设计期望的运行轨迹.为与通用的手柄操作模式相兼容,目标位置通过对手柄给定角速度进行积分获得.此外,同时加入压差反馈和速度反馈,提高系统定位精度和运行平稳性.研究中,以液压挖掘机为研究背景,构建了回转系统机电液联合仿真模型和试验测试系统,对控制策略可行性和有效性进行了验证和分析,结果表明,该方法对于不同期望位置,都可以获得较高的定位精度,定位误差仅有0.5°,且有效减小了位置超调和速度波动,回转位置闭环控制系统动态特性显著提高.      

一种高速率满分集增益的STBC码

针对准正交空时分组码不能实现满分集增益的缺点,在星座旋转的基础上,将角度反馈引入到准正交编码中.改进后的空时分组码,可以在不降低码率的同时实现全分集,并且提出了一种量化方案,通过对干扰项的实部和虚部信息的简单比较选取来简化设计的复杂度,达到了在发射端仅仅需要少量的角度反馈信息就能有效对抗噪声干扰的目的.仿真证明这种简单的改进可以使系统的性能得到明显的提高.     

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。     

交通拥堵的平均场延迟反馈控制方法

【目的】在优化速度模型的基础上,引入平均场延迟反馈控制方法抑制交通的拥堵。【方法】将当前车受到的所有其它车的作用用一个平均场力来代替,将延迟耦合作为延迟反馈控制项,在交通流演化过程中,通过开-关(on-off)加载控制以抑制交通的拥堵;通过线性稳定性分析得出稳定性条件;最后用数值模拟验证控制方法的有效性。【结果】稳定性分析得出交通流在控制作用下趋于稳定,数值模拟分析对比发现拥堵交通流在施加控制后,车间距-速度相图中的交通滞后曲线区域缩小,以此判断交通拥堵得以缓解。【结论】交通流平均场延迟反馈控制方法可以有效地抑制交通拥堵,控制增益越大,交通拥堵缓解程度越好,而且该反馈控制在智能交通(ITS)中易于实现。     

基于反馈精确线性化的电力系统混沌振荡控制

借助于三母线电力系统模型,说明了无功功率变化会引起电力系统出现混沌振荡现象,并导致负载电压骤降。为了抑制混沌振荡,提高电力系统运行的稳定性,应用基于微分几何的反馈精确线性化方法,通过严格的状态变换和反馈方法,将非线性电力系统反馈线性化,并得到非线性反馈控制律来控制电力系统中的混沌。仿真结果表明,加入设计好的控制器后,消除了电力系统中的混沌,负载电压很快趋于稳定,受控后的电力系统是渐进稳定的,收敛速度快,没有出现电压崩溃现象。     

基于格子流体力学模型的交通拥堵反馈控制方法比较

【目的】寻找抑制拥堵、控制交通排放的可行方案。【方法】在交通流格子流体力学模型的基础上,考虑道路上所有车流对当前车流的作用,构造平均场反馈控制方法;考虑最近邻单元车流量差的正弦变化,提出非线性正弦反馈控制方法,并通过线性分析得出其稳定性条件。最后通过数值模拟验证,对比这两种反馈控制方法,以及考虑最近邻单元流量差的Ge反馈控制方法和考虑下游车流流量差的Redhu和Gupta延时反馈控制方法对抑制交通拥堵的作用。【结果】4种控制方法都能抑制交通拥堵。从数值模拟结果看,控制效果较好为平均场反馈控制方法、非线性正弦反馈控制方法和Ge反馈控制方法;从实际应用的角度来看,非线性正弦反馈控制方法、Ge反馈控制方法及Redhu和Gupta延时反馈控制方法比较容易实现。【结论】控制效果较好且较容易实现的方法为非线性正弦反馈控制方法和Ge反馈控制方法。