發(fā)布時間：2020-11-10 16:31

　　 塔式吊車,是一類典型的欠驅動機械系統(tǒng),欠驅動系統(tǒng)是指一類獨立控制變量個數少于自由度個數的系統(tǒng),同完全驅動系統(tǒng)相比,欠驅動系統(tǒng)因其獨立控制變量的減少使得需要的執(zhí)行元件數量減少,使得控制系統(tǒng)的設計成本下降、靈活度更強。傳統(tǒng)的人力操控有很大的局限性,在運行中存在不確定性和系統(tǒng)誤差,因此,急需一種安全有效的自動控制策略代替人工操控,提高系統(tǒng)的工作效率和安全性、準確性,提高系統(tǒng)運行的性價比。本文以雙擺型塔式吊車為研究對象,結合工程生產作業(yè)的實際情況,提出了適合欠驅動塔式吊車系統(tǒng)的多種穩(wěn)定控制策略。本論文主要完成了以下工作:第一,對論文課題的來源、背景和意義進行介紹,對國內外專家學者關于欠驅動吊車系統(tǒng)的研究進行了回顧總結。對塔式吊車現有控制策略進行優(yōu)缺點分析,最后依據現有控制領域的不足,提出了本文所涉及的控制算法研究。第二,利用歐拉-拉格朗日建模法,對雙擺型塔式吊車進行建模并建立其動力學方程;針對塔式吊車的運行安全操作規(guī)范,對塔式吊車運行過程進行分解,建立起塔吊小車沿懸臂運行的動力學方程并解析出其狀態(tài)空間方程。第三,針對實際工程中,塔式吊車二級擺變量較難實時檢測,依據第二章建立的動力學方程,設計了雙擺型塔式吊車的無源控制器并設計速度擬合器,最后使用MATLAB程序仿真進行了驗證。第四,針對實際工程中,存在無法獲得塔式吊車精準數學模型的情況下,采用模糊加權算法,不依據吊車系統(tǒng)模型,通過觀察輸入輸出量的變化和工程實踐經驗,來設計模糊控制規(guī)則,模糊加權算法是對傳統(tǒng)模糊控制的一種改進,降低其設計難度并提高了其控制精度。最后,使用MATLAB程序仿真進行了驗證。第五,針對塔吊小車沿懸臂運行過程,提出了滑�？刂品�、PID控制算法等,并設計了虛擬現實VR軟件和圖形用戶界面GUI軟件,使得控制效果更加直觀明顯。最后,對本文工作進行了總結,并提出今后的研究方向。
【學位單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH213.3
【部分圖文】：

圖ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊車?圖卜１（ｄ）懸臂吊車??欠驅動塔式吊車作為典型的欠驅動機械系統(tǒng)，具備欠驅動系統(tǒng)的－－系列特??性，譬如，高非線性、強耦合等等。這樣也使得在設計算法時更加復雜。因此，??在吊車的掛鉤質量遠遠小于負載質量的情況下，一些專家學者將掛鉤質量忽略，??只考慮小車－負載的吊車系統(tǒng)，類似于一個簡單的球擺系統(tǒng)，將系統(tǒng)簡化為單擺??型的吊車Ｗ１。單擺情況下，對吊車系統(tǒng)建模、分析和控制的難度都會大大下降，??因為單擺系統(tǒng)做簡諧運動，所以通過牛頓力學分析，即可得到系統(tǒng)的數學模型??和固有頻率等，控制器的設計難度也大大降低。然而，當掛鉤質量沒有遠遠小??于負載質量時，即不滿足簡化為單擺條件，吊車系統(tǒng)不呈現單擺特性，而會呈??現二級擺特性［４？。此時系統(tǒng)振動會成為兩種不同固冇頻率振動的線性組合，可??能是非周期振動從而給系統(tǒng)分析和控制帶了很大的難度。木文在讓立二級??擺型吊車系統(tǒng)模塑的基礎上，針對實際１：程屮會遇到的Ｍ題，對吊車系統(tǒng)進行??了動態(tài)分析，并設計控制器。??欠驅動塔式吊車作為典型的欠驅動機械系統(tǒng)，具備Ｘ驅動系統(tǒng)的？系列特??

圖ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊車?圖卜１（ｄ）懸臂吊車??欠驅動塔式吊車作為典型的欠驅動機械系統(tǒng)，具備欠驅動系統(tǒng)的－－系列特??性，譬如，高非線性、強耦合等等。這樣也使得在設計算法時更加復雜。因此，??在吊車的掛鉤質量遠遠小于負載質量的情況下，一些專家學者將掛鉤質量忽略，??只考慮小車－負載的吊車系統(tǒng)，類似于一個簡單的球擺系統(tǒng)，將系統(tǒng)簡化為單擺??型的吊車Ｗ１。單擺情況下，對吊車系統(tǒng)建模、分析和控制的難度都會大大下降，??因為單擺系統(tǒng)做簡諧運動，所以通過牛頓力學分析，即可得到系統(tǒng)的數學模型??和固有頻率等，控制器的設計難度也大大降低。然而，當掛鉤質量沒有遠遠小??于負載質量時，即不滿足簡化為單擺條件，吊車系統(tǒng)不呈現單擺特性，而會呈??現二級擺特性［４？。此時系統(tǒng)振動會成為兩種不同固冇頻率振動的線性組合，可??能是非周期振動從而給系統(tǒng)分析和控制帶了很大的難度。木文在讓立二級??擺型吊車系統(tǒng)模塑的基礎上，針對實際１：程屮會遇到的Ｍ題，對吊車系統(tǒng)進行??了動態(tài)分析，并設計控制器。??欠驅動塔式吊車作為典型的欠驅動機械系統(tǒng)，具備Ｘ驅動系統(tǒng)的？系列特??

圖２－２小車沿塔吊懸臂運行示意圖??ｑ，＝［ｘ］７?＋?［ｙ］Ｋ??＋ＣＡ?ｓｉｎ＾，］７?＋?［－／，?ｃｏｓ＾，］＾?（２－ｑｒ?＝ｑＨ?［ｌ２?ｓｉｎ０２］７?＋?［－／２?ｃｏｓ０２］Ｋ??，這種情況下，系統(tǒng)的廣義坐標系為ｑ?Ａｆ，根據歐拉可以求出系統(tǒng)在廣義坐標系下的動力學方程：???＿?－?１「１?：?－?１「１?：?＿?Ｉ?（２－ｑ－Ｍｇ（ｑ，Ｋ）?＋?－ｑ；?ｍｈｑ?－?ｍｈｇ（ｑｈＫ）?＋?￣ｑ＾ｒｑ?－?ｍｐｇ｛ｑｐＫ）??廠０?Ｏｆ為吊車系統(tǒng)的廣義驅動力，根據歐拉－拉格朗日方程則力學方程如下：??ｄｄＬ?ｄＬ??Ｆ?＝—（—）???ｄｔ?ｄｘ?ｄｘ??ａ沉?ｄＬ??°￣５（２－
【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

1 孫輝;陳志梅;孟文俊;;塔式起重機的神經網絡滑模防擺控制[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;2013年10期

2 丁千;翟紅梅;;機械系統(tǒng)摩擦動力學研究進展[J];力學進展;2013年01期

3 孫寧;方勇純;;一類欠驅動系統(tǒng)的控制方法綜述[J];智能系統(tǒng)學報;2011年03期

4 任冰;李振宸;;基于倒立擺系統(tǒng)的模糊仿人智能控制[J];科學技術與工程;2010年15期

5 萬宏權;蔡亮;馬榮章;羅文龍;向麗麗;;塔機監(jiān)控系統(tǒng)的工作區(qū)域限制邏輯算法[J];建筑機械化;2009年11期

6 韓九強;沈建坤;魏全瑞;趙瑋;;塔機群智能防碰撞系統(tǒng)及其應用[J];建筑機械;2008年11期

7 白小濤;李為吉;;利用協(xié)同優(yōu)化方法實現復雜機械系統(tǒng)的設計優(yōu)化[J];機械設計;2006年03期

8 賴旭芝,蔡自興,吳敏;一類欠驅動機械系統(tǒng)的模糊與變結構控制[J];自動化學報;2001年06期

本文編號：2878126