【摘要】：施工立井提升系統(tǒng)作為立井開鑿垂直提升的必要部分。立井具有惡劣的運行環(huán)境,系統(tǒng)的承載體鋼絲繩—柔索結構在外界擾動作用下表現(xiàn)出較強的耦合振動特性。這些耦合振動特性作用會對內部鋼絲產生不可忽視的影響,過度的振動使得柔索不可避免發(fā)生磨損、疲勞損傷和裂紋擴張等問題。懸吊平臺提升過程中纏繞卷筒的卷放誤差造成懸吊平臺一定程度傾斜,極易導致懸吊平臺頻繁刮碰井壁或者造成卡盤等重大事故。因此,柔索的振動與控制以及多繩并聯(lián)懸吊平臺的調平具有十分重要意義。本論文以施工立井柔索導向提升和懸吊系統(tǒng)為研究對象,展開關于柔性導向提升系統(tǒng)動力學建模與控制兩大問題的研究,采用理論建模、數(shù)值仿真和實驗驗證相結合的方法,深入開展施工立井提升系統(tǒng)動態(tài)特性的研究。旨在建立能夠精確反映施工立井柔性導向提升和懸吊系統(tǒng)的物理模型,給出柔性導向耦合系統(tǒng)的控制方程及數(shù)值求解方法,并且掌握邊界擾動、控制輸入與系統(tǒng)振動、懸吊平臺位姿的關聯(lián)機制,針對不同工況提出自適應邊界控制器以減小系統(tǒng)振動和調平懸吊平臺目的,為立井提升系統(tǒng)的高效與安全運行提供理論、技術支撐。首先,根據(jù)施工立井提升系統(tǒng)的結構和工作原理,建立表征施工立井柔性導向提升系統(tǒng)橫向-縱向耦合振動的常微分-代數(shù)模型,結合系統(tǒng)的固有頻率和廣義α算法分析了系統(tǒng)動力學響應,并且通過搭建了ADAMS仿真模型和柔性導向提升實驗系統(tǒng)進行了驗證,為后續(xù)施工立井柔性導向提升與懸吊系統(tǒng)的控制方法的研究奠定了基礎。其次,考慮自由懸掛吊桶擺動對系統(tǒng)影響,建立完整柔性導向提升吊桶模型,探討與分析繩罐道故障類型和吊桶擺動行為特征,總結繩罐道故障對系統(tǒng)動力學響應規(guī)律和提出提升繩最小運行速度臨界值。綜合考慮模型具有參數(shù)不確定性、外界未知擾動和非光滑非線性輸入遲滯等問題,結合有限維反步法、Lyapunov理論和神經網絡,在滑架處構建了自適應神經網絡-反步控制器,用以抑制系統(tǒng)振動和保證系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定在平衡位置的鄰域內,并且通過仿真驗證了時變閉環(huán)系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。再次,考慮懸吊平臺與井壁解除約束時,對懸吊平臺自由狀態(tài)下柔性導向提升系統(tǒng)的動力學與控制展開研究。在第二章理論基礎上建立柔性導向提升系統(tǒng)與懸吊平臺的橫向耦合模型。針對未知擾動情況下,基于Lyapunov理論設計精確模型邊界控制器和擾動觀測器,控制器施加在懸吊平臺上以抑制其擺動及柔索的振動。在模型參數(shù)不確定和擾動的上限未知情況下進一步設計參數(shù)自適應邊界控制器,其中自適應律在線更新控制器參數(shù)。通過仿真驗證了所提出控制器對閉環(huán)懸吊系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。最后,針對多繩并聯(lián)懸吊系統(tǒng)在靜態(tài)和動態(tài)運行過程中存在懸吊平臺的位姿傾斜和懸吊繩的張力分布不均衡等問題,結合Lyapunov理論、模糊系統(tǒng)、非線性擾動觀測器和懸吊平臺的位姿狀態(tài)反饋,設計自適應模糊反步控制器用以調平懸吊平臺位姿和均衡懸吊繩張力的目的,通過仿真驗證所提出的控制器對閉環(huán)多繩并聯(lián)懸吊系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：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（其中兩根兼作導向繩）和懸吊平臺（砌筑井壁的工作面、安置抓巖機和抓斗等掘進裝備向繩（為提升容器提供導向）的作用。纏繞卷筒、提）與導向繩構成升降人員物料的提升容器子系統(tǒng)。提升容器的運動是一種典型柔性導向提升系統(tǒng)。懸吊繩和懸吊平臺組成）則由四根懸吊繩并聯(lián)驅動完具有空間六自由度僅由四根懸吊繩驅動（系統(tǒng)自由2]），根據(jù)柔索牽引機器人的正向運動學角度分類屬動懸吊系統(tǒng)。統(tǒng)具有結構簡單、負載能力強、節(jié)能顯著、工作空立井施工中沿用至今并越來越發(fā)揮出巨大作用。然作條件下頻繁地正反轉、周期動作提升運輸[13]。隨

博士學位論文特性設計局部分散控制器[91,92]）用于抑制柔性斜拉梁結構在外界隨機擾動作用下的振動。1.3.2 多繩并聯(lián)系統(tǒng)的動力學與控制研究現(xiàn)狀多繩并聯(lián)提升系統(tǒng)從 20 世紀 80 年代發(fā)展起來的，由于采用柔索代替連桿作為驅動元件，使得柔索系統(tǒng)既具有并聯(lián)機構高軸向（縱向）剛度、高精度、高負載能力的優(yōu)點，又具有柔索系統(tǒng)的質量輕和升降距離大等優(yōu)點[93]。多繩并聯(lián)系統(tǒng)廣泛應用于多起重機并聯(lián)起吊[94-96]、柔索懸吊大型射電望遠鏡[97-99]和柔索并聯(lián)機器人等[100-102]如圖 1-3 所示。

博士學位論文續(xù)表Tb1, Tb2導向繩預張力 55 , 45 kNρ0, ρ 提升繩與導向繩線密度 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總運行時間 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 提升繩與導向繩距離 0.6 mey, ew橫向與縱向擾動 0.02sinπt,0.001sin2πt m

【參考文獻】

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本文編號：2794764