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。     

吊重摆长对起重机PID防摇控制的影响

起重机的摆动会极大地影响工作效率,降低运行时的安全性.吊重摆动问题仍然是当前需要解决的问题,其中摆长的不断变化是防摇的难题.通过MATLAB及试验研究吊重摆长对起重机PID防摇的影响,首先建立起重机吊重摆动的数学模型,并设计PID控制算法;采用MATLAB进行动力学仿真分析,得出起重机自由停摆及防摇停摆时的仿真结果,分析不同吊重摆长对系统防摇结果的影响;最后通过试验进行验证.仿真分析及试验结果表明,防摇控制器对起重机停摆有较大影响;起重机吊重摆长越长,系统达到稳定状态的时间越长,但是最大摆角会减小.     

桥式起重机抓斗的防摆控制

根据桥式起重机水平运行规律及抓斗摆动规律,提出了抓斗防摆的一种方法．该方法不需实时测量抓斗摆角,通过控制桥式起重机行走的时间顺序实现其停车与抓斗消摆的同步控制．经仿真,结果表明该方法比已有方法缩短了控制时间     

桥式起重机抓斗的防摆控制

根据桥式起重机水平运行规律及抓斗摆动规律,提出了抓斗防摆的一种方法。该方法不需实时测量抓斗摆角,通过控制桥式起重机行走的时间顺序实现其停车与抓斗消摆的同行步控制。经仿真,结果该方法比已有方法缩短了控制时间。     

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.     

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,而且可实现极小超调量下起重机的快速定位,其防摇摆控制效果明显优于常规PID控制器,可有效实现桥式起重机在作业过程中的防摇摆控制和作业安全。     

桥式起重机的二自由度内模防摆控制研究

提出一种内模二自由度的控制方法,将桥式起重机的定位防摆控制转化为对定位、绳长控制系统的伺服跟踪,并利用起重机模型的强耦合性保持摆角稳定。根据内模控制理论设计二自由度控制器将系统的抗干扰性和跟随特性分开进行控制,增强了系统的鲁棒性。使得起重机小车和吊绳快速准确到达期望位置的同时抑制负载摆动,理论分析和仿真实验证明了该方法的可行性。     

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。     

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。     

船用起重机磁流变防摆装置动力学分析及实验验证

为了解决船用起重机在执行吊装转运作业时,货物出现摆动降低工作效率且极易造成安全事故的问题。将磁流变技术引入到船用起重机防摆领域,设计了一种机械式防摆装置。推导了船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型。对装置的防摆效果进行分析,结果表明,当输入给磁流变防摆装置恒定电流时,随着电流增大,防摆效果愈加明显,在设定工作背景下,当给定电流2A时,对面内角及面外角的抑制分别为75%、82%。为了优化控制策略,降低能耗,提高防摆的鲁棒性,设计了变论域模糊PID(VUFPID)控制器。采用VUFPID控制器时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为85%,83%,能耗约为113J;采用A组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为60%,68%,能耗约为140J;采用B组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为50%,58%,能耗约为110J。可见采用VUFPID后,能实现低能耗,效果明显的防摆作用。最后搭建实物样机,验证了磁流变防摆装置的有效性。     

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。     

基于能量守恒的桥吊防摇切换控制

针对桥吊系统的非线性和不确定性,利用Lagrange方程建立其数学模型,从能量守恒角度设计了基于小车速度切换的防摇控制方法.由摄像头和反光板组成的传感器将检测到的图像经处理后得到吊具的角度.当吊具到达最低点时,将小车的速度进行相应的切换,使得吊具与小车相对速度为零,从而消除摆动.当小车在目标位置停止时,吊具的摆角范围为...     

一种新型的桥式起重机位置补偿消摆控制策略

为了抑制起重机的载荷摆动，提出了一种新型位置补偿消摆控制策略，通过载荷摆角计算载荷相对于小车的水平位置偏差，并将这一偏差乘以自适应反馈增益，修改参考指令后使系统获得合理的阻尼，从而有效地抑制了载荷的摆动，计算机仿真和试验结果表明，这一控制策略将瞬时摆动角度降到60％，可在半个摆动周期内有效抑制残留摆动，并使残留摆动幅值降到20％，由于反馈增益随系统参数的变化而变化，使控制策略对起升运动引起的参数变化具有较强的鲁棒性，因此对噪声不敏感，且在工程中易于实现。     

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他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。     

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。     

不确定非线性桥式吊车系统控制器设计

研究了能够同时实现不确定欠驱动吊车系统精确位置跟踪与抗摆动的控制器设计方法.考虑到两自由度桥式吊车系统的负载变化和外界扰动等不确定性,基于Lyapunov函数和模糊逻辑系统设计了一种分段滑模直接自适应模糊控制器.理论分析与仿真结果证明了不确定吊车控制系统是全局渐进稳定的,并具有很好的适应性和鲁棒性.     

基于无源性的分数阶控制在起重机防摆中应用

利用欧拉-拉格朗日方程建立了桥式起重机系统的动态模型,通过对系统进行无源性分析,构造了控制Lyapunov能量函数,设计了一种无源分数阶控制器,并研究了最佳的分数阶阶次应用区间,该控制器实现了小车的快速定位和负载防摆的效果,相比以往的无源PD控制器,提高了系统的鲁棒性和动态性能。仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

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.