【摘要】：塔式起重機(jī)具有占地面積小,安裝運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn),它成為現(xiàn)代化下各類工業(yè)和建筑業(yè)應(yīng)用的主要機(jī)械。它廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)貨物運(yùn)輸,負(fù)載與小車之間使用電纜進(jìn)行連接運(yùn)輸?shù)?因此,它在運(yùn)行過程中容易受到環(huán)境干擾。在負(fù)載運(yùn)輸過程中會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象,給塔式起重機(jī)的自動(dòng)控制帶來困難。目前都是通過人工操作當(dāng)負(fù)載擺動(dòng)時(shí)先減速等負(fù)載擺動(dòng)衰減到一定程度后,再進(jìn)行定位操作。這樣不僅會(huì)影響工作效率而且存在安全隱患。本文以INTECO公司的塔式起重機(jī)(Tower Crane)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行定位防擺控制的研究。根據(jù)塔式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn),它的運(yùn)動(dòng)包括變幅運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及升降運(yùn)動(dòng)。為了簡(jiǎn)化復(fù)雜性,本文針對(duì)變幅控制進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)了定位防擺的雙重目標(biāo),主要完成的工作如下:第一,為了實(shí)現(xiàn)小車準(zhǔn)確定位同時(shí)抑制負(fù)載擺動(dòng),采用多目標(biāo)粒子群(PSO)算法同時(shí)優(yōu)化兩個(gè)PID控制器的參數(shù)達(dá)到了控制目標(biāo)。當(dāng)參數(shù)不準(zhǔn)確或外界有不確定的干擾存在時(shí)小車會(huì)偏離跟蹤的期望位置且負(fù)載擺角較大。因此,傳統(tǒng)PID控制在塔式起重機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中存在局限性。第二,針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)塔式起重機(jī)無法實(shí)現(xiàn)完全反饋線性化的問題,采用部分反饋線性化方法對(duì)非線性模型進(jìn)行線性化并穩(wěn)定其Qg部動(dòng)力學(xué)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方案的有效性。該控制器能快速、準(zhǔn)確地控制起重機(jī)的大幅度擺動(dòng)。第三,設(shè)計(jì)了綜合定位防擺控制的傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器(SMC)和分層滑�？刂破�(HSMC)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用雙曲正切函數(shù)代健符號(hào)函數(shù)解決抖動(dòng)問題。SMC在參數(shù)的不確定性和擾動(dòng)的上限已知時(shí)依然可以很好的達(dá)到控制要求。第四,在實(shí)際應(yīng)用中,參數(shù)的不確確定性和擾動(dòng)的上限往往不為人所知。因此，SMC和HSMC應(yīng)用這種情況受到限制。為此提出了一種自適應(yīng)反步滑�？刂�(ABSMC)方法來估計(jì)模型的不確定性和外部擾動(dòng),以獲得更好的魯棒性。第五,起重機(jī)的精確模型通常難以獲得,利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和滑模變結(jié)構(gòu)控制不需要模型也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)象控制,本文實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于RHF神經(jīng)滑模控制器的塔式起重機(jī)定位防擺。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH213.3;TP273
【圖文】：

起重機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析，需要先建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。受到外界環(huán)境，小車與導(dǎo)軌之間的摩擦力等各種不確定因素的較復(fù)雜。在本章中建模時(shí)做出了一些必要的假設(shè)，忽略一部分建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)方程，本文使用拉格朗日方法。在性能分析很重要。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了三個(gè)特性的分析，即穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)性能的認(rèn)識(shí)。重機(jī)模型簡(jiǎn)介及工作原理重機(jī)模型簡(jiǎn)介 INTECO 公司的塔式起重機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為研究對(duì)象如圖 2-1 所示沿機(jī)械臂徑向移動(dòng)，機(jī)械臂在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)以及負(fù)載的升降。小車能夠定位，從而使負(fù)載可以降落在工作空間中的任何一點(diǎn)放下負(fù)載、使其遠(yuǎn)離障礙物是很重要的。它也可以作為控制策略

其通過 PC 機(jī)進(jìn)行控制。因此與它相關(guān)的軟硬件可以方便的安裝在實(shí)驗(yàn)室。其機(jī)械單元包括電源、與 PC 機(jī)的接口和專用數(shù)字板卡。在 Windows MS 操作系統(tǒng)下使用 MATLAB 和RTW 工具箱進(jìn)行控制。塔吊工作過程中，5 個(gè)狀態(tài)變量分別由五種測(cè)量編碼器測(cè)量：極坐標(biāo)平面中小車的坐標(biāo)，升降線的長(zhǎng)度，負(fù)載的兩個(gè)偏離角。測(cè)量運(yùn)動(dòng)的編碼器分辨率高達(dá)每轉(zhuǎn) 4096 脈沖數(shù)。這些編碼器連同特定的機(jī)械解決方案，構(gòu)成了獨(dú)立的測(cè)量單位。負(fù)載偏離角的測(cè)量精度高達(dá) 0.0015 弧度。作用于直流電機(jī)前由 PC 機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)要通過電源接口放大。PC 機(jī)與電源接口通信是通過 RT-DAC / PCI 多功能數(shù)字 I/O 板卡。所有必須的邏輯信號(hào)均通過配置在RT-DAC / PCI 板卡上的 Xilinx 芯片產(chǎn)生。這些邏輯信號(hào)包括：?jiǎn)?dòng)信號(hào)，讀取編碼器的信號(hào)以及產(chǎn)生用于控制直流電機(jī)的特定 PWM 脈沖序列。板卡所有功能都可以直接在MATLAB / Simulink 環(huán)境下通過塔吊工具箱實(shí)現(xiàn)。塔式起重機(jī)的所有的仿真和實(shí)時(shí)控制都在 MATLAB / Simulink 環(huán)境中，區(qū)別在塔式起重機(jī)的實(shí)時(shí)控制是 MATLAB / Simulink RTW 環(huán)境下的實(shí)時(shí)軟件控制。控制器仿真界面如圖 2-2 所示，實(shí)時(shí)控制操作界面如圖 2-3 所示。

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本文編號(hào)：2742316