發(fā)布時(shí)間：2020-08-15 22:42

【摘要】：施工立井提升系統(tǒng)作為立井開(kāi)鑿垂直提升的必要部分。立井具有惡劣的運(yùn)行環(huán)境,系統(tǒng)的承載體鋼絲繩—柔索結(jié)構(gòu)在外界擾動(dòng)作用下表現(xiàn)出較強(qiáng)的耦合振動(dòng)特性。這些耦合振動(dòng)特性作用會(huì)對(duì)內(nèi)部鋼絲產(chǎn)生不可忽視的影響,過(guò)度的振動(dòng)使得柔索不可避免發(fā)生磨損、疲勞損傷和裂紋擴(kuò)張等問(wèn)題。懸吊平臺(tái)提升過(guò)程中纏繞卷筒的卷放誤差造成懸吊平臺(tái)一定程度傾斜,極易導(dǎo)致懸吊平臺(tái)頻繁刮碰井壁或者造成卡盤(pán)等重大事故。因此,柔索的振動(dòng)與控制以及多繩并聯(lián)懸吊平臺(tái)的調(diào)平具有十分重要意義。本論文以施工立井柔索導(dǎo)向提升和懸吊系統(tǒng)為研究對(duì)象,展開(kāi)關(guān)于柔性導(dǎo)向提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與控制兩大問(wèn)題的研究,采用理論建模、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,深入開(kāi)展施工立井提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的研究。旨在建立能夠精確反映施工立井柔性導(dǎo)向提升和懸吊系統(tǒng)的物理模型,給出柔性導(dǎo)向耦合系統(tǒng)的控制方程及數(shù)值求解方法,并且掌握邊界擾動(dòng)、控制輸入與系統(tǒng)振動(dòng)、懸吊平臺(tái)位姿的關(guān)聯(lián)機(jī)制,針對(duì)不同工況提出自適應(yīng)邊界控制器以減小系統(tǒng)振動(dòng)和調(diào)平懸吊平臺(tái)目的,為立井提升系統(tǒng)的高效與安全運(yùn)行提供理論、技術(shù)支撐。首先,根據(jù)施工立井提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理,建立表征施工立井柔性導(dǎo)向提升系統(tǒng)橫向-縱向耦合振動(dòng)的常微分-代數(shù)模型,結(jié)合系統(tǒng)的固有頻率和廣義α算法分析了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng),并且通過(guò)搭建了ADAMS仿真模型和柔性導(dǎo)向提升實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證,為后續(xù)施工立井柔性導(dǎo)向提升與懸吊系統(tǒng)的控制方法的研究奠定了基礎(chǔ)。其次,考慮自由懸掛吊桶擺動(dòng)對(duì)系統(tǒng)影響,建立完整柔性導(dǎo)向提升吊桶模型,探討與分析繩罐道故障類型和吊桶擺動(dòng)行為特征,總結(jié)繩罐道故障對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律和提出提升繩最小運(yùn)行速度臨界值。綜合考慮模型具有參數(shù)不確定性、外界未知擾動(dòng)和非光滑非線性輸入遲滯等問(wèn)題,結(jié)合有限維反步法、Lyapunov理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在滑架處構(gòu)建了自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-反步控制器,用以抑制系統(tǒng)振動(dòng)和保證系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定在平衡位置的鄰域內(nèi),并且通過(guò)仿真驗(yàn)證了時(shí)變閉環(huán)系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。再次,考慮懸吊平臺(tái)與井壁解除約束時(shí),對(duì)懸吊平臺(tái)自由狀態(tài)下柔性導(dǎo)向提升系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制展開(kāi)研究。在第二章理論基礎(chǔ)上建立柔性導(dǎo)向提升系統(tǒng)與懸吊平臺(tái)的橫向耦合模型。針對(duì)未知擾動(dòng)情況下,基于Lyapunov理論設(shè)計(jì)精確模型邊界控制器和擾動(dòng)觀測(cè)器,控制器施加在懸吊平臺(tái)上以抑制其擺動(dòng)及柔索的振動(dòng)。在模型參數(shù)不確定和擾動(dòng)的上限未知情況下進(jìn)一步設(shè)計(jì)參數(shù)自適應(yīng)邊界控制器,其中自適應(yīng)律在線更新控制器參數(shù)。通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提出控制器對(duì)閉環(huán)懸吊系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。最后,針對(duì)多繩并聯(lián)懸吊系統(tǒng)在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中存在懸吊平臺(tái)的位姿傾斜和懸吊繩的張力分布不均衡等問(wèn)題,結(jié)合Lyapunov理論、模糊系統(tǒng)、非線性擾動(dòng)觀測(cè)器和懸吊平臺(tái)的位姿狀態(tài)反饋,設(shè)計(jì)自適應(yīng)模糊反步控制器用以調(diào)平懸吊平臺(tái)位姿和均衡懸吊繩張力的目的,通過(guò)仿真驗(yàn)證所提出的控制器對(duì)閉環(huán)多繩并聯(lián)懸吊系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273;TD53
【圖文】：

圖 1-1 施工立井提升系統(tǒng)igure 1-1 A flexible guided lifting system in shaft constructio升系統(tǒng)[8-10]包括纏繞卷筒、天輪、提升繩、滑架（四根懸吊繩（其中兩根兼作導(dǎo)向繩）和懸吊平臺(tái)（砌筑井壁的工作面、安置抓巖機(jī)和抓斗等掘進(jìn)裝備向繩（為提升容器提供導(dǎo)向）的作用。纏繞卷筒、提）與導(dǎo)向繩構(gòu)成升降人員物料的提升容器子系統(tǒng)。提升容器的運(yùn)動(dòng)是一種典型柔性導(dǎo)向提升系統(tǒng)。懸吊繩和懸吊平臺(tái)組成）則由四根懸吊繩并聯(lián)驅(qū)動(dòng)完具有空間六自由度僅由四根懸吊繩驅(qū)動(dòng)（系統(tǒng)自由2]），根據(jù)柔索牽引機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分類屬動(dòng)懸吊系統(tǒng)。統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、負(fù)載能力強(qiáng)、節(jié)能顯著、工作空立井施工中沿用至今并越來(lái)越發(fā)揮出巨大作用。然作條件下頻繁地正反轉(zhuǎn)、周期動(dòng)作提升運(yùn)輸[13]。隨

博士學(xué)位論文特性設(shè)計(jì)局部分散控制器[91,92]）用于抑制柔性斜拉梁結(jié)構(gòu)在外界隨機(jī)擾動(dòng)作用下的振動(dòng)。1.3.2 多繩并聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制研究現(xiàn)狀多繩并聯(lián)提升系統(tǒng)從 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展起來(lái)的，由于采用柔索代替連桿作為驅(qū)動(dòng)元件，使得柔索系統(tǒng)既具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)高軸向（縱向）剛度、高精度、高負(fù)載能力的優(yōu)點(diǎn)，又具有柔索系統(tǒng)的質(zhì)量輕和升降距離大等優(yōu)點(diǎn)[93]。多繩并聯(lián)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于多起重機(jī)并聯(lián)起吊[94-96]、柔索懸吊大型射電望遠(yuǎn)鏡[97-99]和柔索并聯(lián)機(jī)器人等[100-102]如圖 1-3 所示。

博士學(xué)位論文續(xù)表Tb1, Tb2導(dǎo)向繩預(yù)張力 55 , 45 kNρ0, ρ 提升繩與導(dǎo)向繩線密度 2 , 1.5 kg/mamax提升繩的最大加速度 0.75 m/s2vmax提升繩的最大速度 6 m/sttotal總運(yùn)行時(shí)間 88 sccy, ccw, cθ提升容器粘滯阻尼系數(shù) 0.001,0.001,0.005 Ns/mc0, ci, cw柔索粘滯阻尼系數(shù) 0.1,0.1,5 Ns/m2EA 提升繩的縱向剛度 2.5×107Nr 提升繩與導(dǎo)向繩距離 0.6 mey, ew橫向與縱向擾動(dòng) 0.02sinπt,0.001sin2πt m

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2794764