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伴有初始负载摆角的桥式起重机能量防摆控制

控制与决策 2022年第7期37卷 1779-1784页

作者：张珂于宝森石怀涛佟圣皓沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

桥式起重机是一种广泛应用的大型搬运设备,在实际工作过程中,台车运动时会产生伴有初始负载摆角的负载摆动,影响工作效率并带来安全隐患.针对这种情况,设定期望的台车误差轨迹和摆角误差轨迹,将桥式起重机动力学模型转换为误差跟踪动力... 详细信息

桥式起重机是一种广泛应用的大型搬运设备,在实际工作过程中,台车运动时会产生伴有初始负载摆角的负载摆动,影响工作效率并带来安全隐患.针对这种情况,设定期望的台车误差轨迹和摆角误差轨迹,将桥式起重机动力学模型转换为误差跟踪动力学模型,提出一种基于能量分析方法的桥式起重机防摆控制策略.通过LaSalle不变性原理和Lyapunov方法对闭环系统的稳定性进行理论分析.仿真与实验结果表明,所提防摆控制方法的控制性能几乎不受初始负载摆角的影响,可以保证桥式起重机在无初始负载摆角和带有初始负载摆角的情况下都能取得良好的控制效果,能够驱动台车准确到达目标位置,有效抑制并快速消除负载摆角,同时对外部扰动具有很强的鲁棒性.

关键词：桥式起重机非线性系统初始负载摆角 Lyapunov方法防摆控制鲁棒性

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风机外部维修平台夹紧机构设计与研究

风机外部维修平台夹紧机构设计与研究

作者：佟圣皓沈阳建筑大学

学位级别：硕士

世界能源结构开始经历第三次大的变革,风能作为可再生能源,其地位越来越重要。近几年国内风电装机容量占据全球第一位,随着国内风电装机需求的逐年增长,国内大型风电设备安装和维修工程越来越多。大型风电设备高度达几十米甚至上百米高... 详细信息

世界能源结构开始经历第三次大的变革,风能作为可再生能源,其地位越来越重要。近几年国内风电装机容量占据全球第一位,随着国内风电装机需求的逐年增长,国内大型风电设备安装和维修工程越来越多。大型风电设备高度达几十米甚至上百米高,重量也达上百吨,在风电施工项目中一般是由大型履带起重机作为主吊设备配备一台汽车起重机作为辅吊设备,使得安装费用成倍增加,也给后期风电设备的维护带来了很大的不便,尤其是在山顶、滩涂等复杂地形大型起重机械更是难以到达。因此,研制安全系数高、施工便捷、适应性强的新型风电维修起重专用设备是大型风力发电机维修工程中所必需的。在风机外部维修平台的所有部件中夹紧机构尤为重要,因为它是整机平台的创新点也是保证风机外部维修平台在高空安全、稳定工作的机构。本文以设计风机外部维修平台夹紧机构为主要任务,以现有的风机维修设备为基础,以三维建模仿真优化设计技术为主要手段,对风机外部维修平台进行设计研究。首先,依据现代设计理念与技术路线,确定本文中风机外部维修平台夹紧机构模型的设计流程:提出夹紧机构设计概念与方案、完成三维实体建模、进行受力分析与强度校核计算、仿真与优化。系统地比较了现有风机维修起重设备中的两种设计方案,即牵引式风机维修起重机和自爬升式风机维修起重机;在此基础上,结合风力发电机机舱、塔筒等结构特点,设计适合国内现行大功率风机的风机外部维修平台的夹紧机构,建立风机外部维修平台夹紧机构的三维模型并对其结构进行受力分析与强度校核计算,完成了夹紧机构的结构设计;应用ANSYS Workbench中的Design Explorer模块引入响应曲线对夹紧机构进行优化设计,得出夹紧液压缸合理的作用位置和连接销板厚度;对风机外部维修平台夹紧机构进行瞬态动力学分析,研究其在典型工况下的夹紧机构的振动情况;最后,为验证风机外部维修平台在塔筒顶端承受风载荷的情况下能安全的对风机机舱内部零件进行吊装更换,对风机外部维修平台进行了整机的稳定性和模态分析;由于考虑到整机平台对塔筒的影响,又分别在切出风工况、额定风工况、承受风机外部维修平台载荷三种工况下对风机塔筒变形量进行对比分析,得知塔筒在风机外部维修平台载荷的作用下满足强度要求,并且塔筒变形量在允许范围内。本文完成了风机外部维修平台夹紧机构的设计工作,并研究了平台在塔筒顶端的整机稳定性以及夹紧机构对塔筒的适应性,对风机外部维修平台的研究工作具有促进作用。

关键词：风力发电机维修平台夹紧机构优化设计动力学

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基于能量分析的桥式起重机防摆控制方法

控制与决策 2021年第12期36卷 3091-3096页

作者：石怀涛姚福星白晓天何劝云佟圣皓沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168 中国建筑科学研究院有限公司建筑机械化研究分院河北廊坊065000

针对欠驱动桥式起重机在自动化驾驶研究中负载升/落吊运动与台车水平位移联动时,负载摆动抑制效果和控制性能不能满足实际工程需要,易造成安全事故的问题,提出一种基于能量分析的桥式起重机联动系统非线性耦合防摆控制器.采用非线性耦... 详细信息

针对欠驱动桥式起重机在自动化驾驶研究中负载升/落吊运动与台车水平位移联动时,负载摆动抑制效果和控制性能不能满足实际工程需要,易造成安全事故的问题,提出一种基于能量分析的桥式起重机联动系统非线性耦合防摆控制器.采用非线性耦合控制方法,构造新型储能函数,设计出非线性耦合防摆控制器.利用LaSalle不变性原理和Lyapunov方法对该闭环反馈系统稳定性进行严格的数学分析.理论推导、仿真与实验结果表明:相比于非线性跟踪控制器和局部反馈线性化控制器,所提非线性耦合防摆控制器具有更佳的控制性能,不仅提高了负载的吊运效率,而且能够有效抑制和快速消除负载摆角;在添加外部扰动的情况下,仍能取得良好的控制效果,具有较强的鲁棒性,为桥式起重机联动系统提供了一种新的防摆控制方法.

关键词：桥式起重机负载落吊鲁棒性 Lyapunov方法非线性控制防摆控制

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基于观测器的转子系统不对中早期故障

科学技术与工程 2022年第7期22卷 2747-2753页

作者：石怀涛袁振明佟圣皓沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

在旋转机械故障中,转子系统不对中故障十分常见。针对传统数据周期采样会出现通讯浪费的问题和系统发生故障时会带来严重损失的情况,研究数据量化和故障的早期判断具有现实意义。采用Luenberger区间观测器的故障诊断方法,通过引入L_(1)/... 详细信息

在旋转机械故障中,转子系统不对中故障十分常见。针对传统数据周期采样会出现通讯浪费的问题和系统发生故障时会带来严重损失的情况,研究数据量化和故障的早期判断具有现实意义。采用Luenberger区间观测器的故障诊断方法,通过引入L_(1)/H_(∞)性能参数提升观测器残差的故障敏感度和鲁棒性,并且建立新式混合量化器,分析数据量化前后数据变化和量化对故障诊断影响。实验结果表明,故障敏感度的提高可以更早的判断故障是否发生,数据经过量化后减轻了通讯压力并且不影响故障判断,证明本文方法的有效性。

关键词：故障诊断区间观测器混合量化器数据量化早期故障

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基于能量耦合的船舶起重机消摆控制

科学技术与工程 2021年第19期21卷 8086-8093页

作者：张珂张海峰佟圣皓石怀涛张义星沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

为了解决船舶起重机在外部海浪干扰下负载摆动幅度大、小车定位精度不高、抗干扰能力差的问题,通过非线性能量耦合方法,应用欧拉-拉格朗日方程对带有船舶横摇以及船低沉降的船舶起重机进行动力学建模,然后构造了一种复合型误差信号来增... 详细信息

为了解决船舶起重机在外部海浪干扰下负载摆动幅度大、小车定位精度不高、抗干扰能力差的问题,通过非线性能量耦合方法,应用欧拉-拉格朗日方程对带有船舶横摇以及船低沉降的船舶起重机进行动力学建模,然后构造了一种复合型误差信号来增强小车运动特性以及船舶载荷摆动的耦合关系并将动力学模型转化。在此基础上设计控制器,并进行了基于李雅普诺夫(Lyapunov)方法的稳定性证明和仿真模拟实验。验证了该方法在复杂情况下的可行性,实现船舶起重器系统在平衡点的渐进稳定性。可见所提的控制方法具有良好的控制性能、适应性和鲁棒性。对于运输过程中摆角抑制、系统定位和效率提高具有良好的效果。

关键词：船舶起重机能量耦合李雅普诺夫方法欠驱动

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吊装用起重机自动定位视觉伺服控制

哈尔滨工业大学学报 2022年第1期54卷 149-155页

作者：佟圣皓张珂石怀涛赵金宝沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

传统起重机自动定位方法精度低,稳定性差,不能形成真正的闭环控制,现有起重机视觉定位方法普遍存在抗扰动性能差和视觉雅可比矩阵参数难以获得等问题。为了解决外部扰动影响视觉伺服定位精度和稳定性的问题,建立了扰动工况下吊装末端执... 详细信息

传统起重机自动定位方法精度低,稳定性差,不能形成真正的闭环控制,现有起重机视觉定位方法普遍存在抗扰动性能差和视觉雅可比矩阵参数难以获得等问题。为了解决外部扰动影响视觉伺服定位精度和稳定性的问题,建立了扰动工况下吊装末端执行器的位姿数学模型,提出一种基于自抗扰控制器的视觉伺服扰动抑制方法。根据图像投影特性,得出雅可比矩阵参数与图像特征微分关系方程,设计了雅可比矩阵参数估计值自适应更新率,并建立闭环动力学方程。根据图像特征误差,构建李亚普诺夫函数,给出了系统稳定性证明。进行仿真与实验分析,结果表明:当视觉误差收敛后,位置与速度曲线均趋于零值,说明在视觉不确定性和恒定、瞬时扰动的情况下,本文方法仍然具有令人满意的定位精度。通过与其他控制方法的对比结果分析可知,本文方法在保证视觉伺服系统定位精度的同时,能够加快视觉误差的收敛速度,具有更好的稳定性,因此,适用于吊装用起重机自动定位视觉伺服系统。

关键词：起重机自动定位视觉伺服自抗扰控制自适应

适应性体育活动干预随班就读孤独症儿童问题行为的个案研究

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适应性体育活动干预随班就读孤独症儿童问题行为的个案研究

作者：祝圣皓广州大学

学位级别：硕士

近年来,孤独症儿童患病人数逐年增多。由于孤独症致病原因特殊且无法根治,往往会导致刻板行为或是沟通交流障碍等问题。如何提高孤独症儿童的社会交流能力,如何改善孤独症儿童的刻板行为表现,使其更好地融入普通班级的学习与生活之中已... 详细信息

近年来,孤独症儿童患病人数逐年增多。由于孤独症致病原因特殊且无法根治,往往会导致刻板行为或是沟通交流障碍等问题。如何提高孤独症儿童的社会交流能力,如何改善孤独症儿童的刻板行为表现,使其更好地融入普通班级的学习与生活之中已成为提高我国融合教育质量的核心问题。体育活动已成为改善孤独症儿童身心健康的一种辅助干预方法,并在学界引起了众多关注。本研究旨在探讨适应性体育活动对随班就读孤独症儿童的问题行为干预效果。研究方法采用单一被试实验法中的A-B-A1设计策略,以珠海市高新区普通小学的1名二年级的随班就读孤独症儿童（Y）作为研究对象,以适应性体育活动为自变量,以问题行为（重复性自言自语行为、关注风扇行为、眼神交流行为）为因变量,通过30次、每次60分钟的适应性体育活动进行干预,运用目视分析和C统计分析对被试的目标行为发生次数进行处理,得出以下结论:1.通过对被试Y进行适应性体育活动干预,其体质健康状况有所改善,表明适应性体育活动能够有效改善被试Y的体质健康问题。2.通过对被试Y进行适应性体育活动干预,其《自闭症治疗评估量表（ATEC）》评估得分较基线有明显的下降,说明适应性体育活动干预能够有效地改善被试Y的孤独症严重程度,且在维持期内能够保持在和干预期一样的水平,说明适应性体育活动干预对被试Y孤独症严重程度的改善具有维持效果。3.通过对被试Y进行适应性体育活动干预,其问题行为的发生次数在干预期内的变化幅度均有所不同。具体而言负向行为发生次数有所下降,正向行为发生次数有所增长,说明适应性体育活动可以改善被试Y问题行为的发生次数,但对不同行为的干预影响有所差异。4.被试Y的目标行为发生次数不会因干预停止而出现大幅度的增加或下降,表明适应性体育活动干预具有一定的时效性。此外,在撤销干预后的维持期内,其目标行为的发生依然存在,说明适应体育活动干预对其目标行为的表现情况只是起到改善作用,无法做到彻底消除。

关键词：适应性体育活动随班就读孤独症儿童问题行为

不稳定子系统组成的离散时间切换系统区间观测器设计

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2022年第1期38卷 172-178页

作者：石怀涛侯马骁佟圣皓赵金宝沈阳建筑大学机械工程学院辽宁沈阳110168

目的研究离散时间切换系统区间观测器的设计,实现所有子系统不稳定的离散时间切换系统状态估计,解决电主轴等复杂系统的状态监测。方法针对不稳定子系统组成的离散时间切换系统设计区间观测器,通过构造一类递减Lyapunov函数,利用驻留时... 详细信息

目的研究离散时间切换系统区间观测器的设计,实现所有子系统不稳定的离散时间切换系统状态估计,解决电主轴等复杂系统的状态监测。方法针对不稳定子系统组成的离散时间切换系统设计区间观测器,通过构造一类递减Lyapunov函数,利用驻留时间方法给出误差系统的指数稳定条件。结果在数值仿真中,所有子系统的状态不稳定,采用切换策略后所有子系统不稳定的离散时间切换系统状态稳定;区间观测器在未知干扰的影响下,仍然可以估计出离散时间切换系统状态。结论笔者提出的离散时间切换系统状态估计方法可为日后研究电主轴等复杂系统的状态监测提供理论基础。

关键词：区间观测器切换系统不稳定子系统线性矩阵不等式

基于压缩采集特征提取与CNN_SVM的滚动轴承的故障诊断

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2022年第6期38卷 1129-1137页

作者：石怀涛李宁宁赵金宝佟圣皓沈阳建筑大学机械工程学院辽宁沈阳110168

目的针对传统卷积神经网络训练时间长、易过拟合、故障诊断精度低、抗噪能力差等问题,提出一种基于压缩采集特征提取与CNN_SVM的滚动轴承的故障诊断模型,降低滚动轴承故障数据的冗余度。方法首先,使用压缩采集技术去除实验样本中的冗... 详细信息

目的针对传统卷积神经网络训练时间长、易过拟合、故障诊断精度低、抗噪能力差等问题,提出一种基于压缩采集特征提取与CNN_SVM的滚动轴承的故障诊断模型,降低滚动轴承故障数据的冗余度。方法首先,使用压缩采集技术去除实验样本中的冗余信息;然后,使用三层卷积神经网络(CNN)对采集数据进行故障特征提取,在网络中加入Dropout层、Batch Normalization层、全局平均池化层来防止网络的过拟合,加强网络提取特征的能力;最后,用多分类支持向量机(SVM)对提取特征进行分类。结果研究表明:模型对故障诊断精度达到了99.4%,比CNN_SVM,PCA_SVM,1D_CNN等模型故障诊断效果突出,对含噪的实验数据具有去噪功能。结论笔者所提出的模型诊断精度高,且具有很强的学习能力和降噪能力。

关键词：压缩采集卷积神经网络支持向量机滚动轴承故障诊断