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吊车防摆最优调节器设计

控制与决策 1991年第6期6卷 465-468页

作者：朱齐丹华克强高淑玲哈尔滨船舶工程学院自控系 150001

本文对吊车在吊装货物时如何消除货物的摆动进行了研究,提出了利用最优状态调节器进行消摆的方案,并进行了计算机仿真和在吊车模型上的实时控制实验,结果表明,该方法具有很好的消摆效果和较强的鲁棒性。

关键词：设计防摆最优调节器设计起重机

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吊车防摆技术的研究

控制理论与应用 1992年第6期9卷 631-638页

作者：华克强高淑玲朱齐丹哈尔滨船舶工程学院自动控制系 150001

本文介绍了为消除吊车在吊运货物时引起的摆动进行的实验研究。实验方法都有各自的优缺点和所适用的场所、环境。证明了最优调节器防摆、模糊控制防摆和自适应防摆等都有良好的防摆效果。

关键词：模糊控制最优控制防摆起重机

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智能辅助设备模糊防摆与跟踪控制研究

机械科学与技术 2009年第5期28卷 577-581页

作者：董玉红许洪涛张立勋陈雄标哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001 加拿大萨斯喀彻温大学机械工程系萨斯喀彻温S7N 5A9

智能辅助设备(intelligent assist devices,IAD)是一种可与操作者在同一作业空间共同完成作业任务的智能机械装置。针对大型零件搬运过程中存在的负载摆动问题,对IAD的防摆与跟踪控制进行研究,利用拉格朗日方法建立了负载水平运动的数... 详细信息

智能辅助设备(intelligent assist devices,IAD)是一种可与操作者在同一作业空间共同完成作业任务的智能机械装置。针对大型零件搬运过程中存在的负载摆动问题,对IAD的防摆与跟踪控制进行研究,利用拉格朗日方法建立了负载水平运动的数学模型,提出了负载防摆的模糊控制策略,基于MATLAB模糊控制工具箱分别设计了模糊位置控制器和模糊防摆控制器,完成了IAD防摆与跟踪控制的仿真研究。研究结果表明这种控制策略有效可行,在分别改变钢丝绳长和负载质量的情况下,IAD能够跟踪参考位置,并且在启动加速和减速停止过程中,有效抑制了负载摆动的角度,使摆角快速衰减到零。本文的研究对于大型零件搬运装配的IAD运动控制具有实际的参考价值。

关键词：智能辅助设备(IAD) 防摆跟踪控制模糊控制

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三维桥式吊车防摆的力学分析与应用

三维桥式吊车防摆的力学分析与应用

作者：罗京哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

三维桥式吊车是一种运载工具,它广泛地应用于工厂车间、建筑工地、装卸货物等场合。三维桥式吊车的快速、准确定位与防摆,对人们的工作效率以及人身安全具有重要意义。传统的定位与防摆主要靠操作者的经验。它存在着效率低、安全性差等... 详细信息

三维桥式吊车是一种运载工具,它广泛地应用于工厂车间、建筑工地、装卸货物等场合。三维桥式吊车的快速、准确定位与防摆,对人们的工作效率以及人身安全具有重要意义。传统的定位与防摆主要靠操作者的经验。它存在着效率低、安全性差等问题。使用自动控制的方式可以有效弥补上述不足。目前三维桥式吊车的控制存在时间长、精度低等问题,本课题为解决这些问题,设计了一种最优控制器,并进行仿真,开展实验研究。针对三维桥式吊车的防摆,提出了一种控制方案。借鉴国内外关于三维桥式吊车控制的研究成果,系统地分析三维桥式吊车的快速定位与防摆的解决办法,采用Lagrange建模的方法构造三维桥式吊车的力学模型。忽略一些次要因素,对三维桥式吊车进行线性化处理。根据三维桥式吊车的线性模型,对其进行拉普拉斯变换,得到三维桥式吊车系统的传递函数,分析三维桥式吊车系统的可控性与可观性。根据PID(比例积分微分)控制的基本原理,在Matlab中搭建三维桥式吊车的仿真模型,设计PID控制器,调节PID参数,得出三维桥式吊车PID控制的仿真曲线。根据线性二次最优控制的基本原理,通过黎卡提方程,求解矩阵P和反馈矩阵K,设计三维桥式吊车的线性二次最优控制器。设置最优控制参数,得出三维桥式吊车二次最优控制的仿真曲线,实现小车对位置给定输入信号的定位控制。通过三维桥式吊车实验,检验了提案的可行性。在同等控制基准下,最优控制器的控制性能优于PID控制器。实验结果表明,理论分析的研究是正确的。

关键词：三维桥式吊车防摆力学分析最优控制 PID控制实验

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桥式起重机智能防摆控制技术研究

桥式起重机智能防摆控制技术研究

作者：谭鹏南京航空航天大学

学位级别：硕士

桥式起重机(以下简称为起重机)广泛应用在港口、火车站、仓库与许多大型工程建设中,并起到十分重要的物流运输作用。起重机的主要运动部分为:大、小车平移机构、吊重起升机构。目前在大、小车平移机构中多采用多轴驱动技术,多轴同步控... 详细信息

桥式起重机(以下简称为起重机)广泛应用在港口、火车站、仓库与许多大型工程建设中,并起到十分重要的物流运输作用。起重机的主要运动部分为:大、小车平移机构、吊重起升机构。目前在大、小车平移机构中多采用多轴驱动技术,多轴同步控制的研究对于起重机的平稳安全运行具有重要的意义。吊重起升机构的防摆控制技术对提高装卸效率,减轻操作人员的工作强度,减少起重机运行过程中的安全隐患具有较大研究价值。本文系统地介绍了几种控制理论,经典的PID控制理论、模糊控制理论、和粒子群算法(PSO算法)。关于PID控制器的比例、积分、微分环节系数整定问题,本文设计了模糊PID控制器和PSO算法自整定PID控制器。本文建立了永磁同步单机的数学模型,研究了同步电机的调速工作原理,并进行了仿真研究。本文提出了一种多轴同步控制方法:基于虚拟轴的交叉耦合控制。该方案采用了模糊PID控制器。通过Matlab仿真实验对该方法的多轴同步性能进行了研究,经过分析仿真结果和采回的实测数据,证明了该方法具有良好的消除同步误差的能力,同时具备较强的鲁棒性。本文探讨研究了一种智能防摇控制系统,在消除吊重摆动的同时可以完成起重机精确定位。首先对吊摆动系统进行了动力学分析,利用拉格朗日状态方程方法建立数学模型,基于该方程组建立吊摆系统的Matlab仿真模型,利用仿真实验,详细地研究了影响吊重摆动的各种因素。最后设计了一种位移补偿闭环防摆控制系统,该系统的控制器采用了PSO算法自整定PID控制器。该智能防摆控制系统与常见的几种防摆控制系统进行了仿真实验对比。仿真结果表明:该系统具有较好的摆角抑制作用,同时可以完成起重机平移机构的精确定位,验证了PSO算法自整定PID控制器在防摆控制系统中的适用性。

关键词：永磁同步电机多轴同步防摆模糊PID 粒子群算法

久约束多机协调吊运系统轨迹跟踪与防摆控制研究

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久约束多机协调吊运系统轨迹跟踪与防摆控制研究

作者：梁星星兰州交通大学

学位级别：硕士

随着社会机械化程度的提高,对吊运技术和吊运系统提出越来越高的要求,体现在吊运应用多元化,吊运环境复杂化,被吊运物多样化。为了降低吊运系统设计、制造的复杂程度,用多机器人并联组成欠约束柔索并联吊运系统,即多机协调吊运系统。该... 详细信息

随着社会机械化程度的提高,对吊运技术和吊运系统提出越来越高的要求,体现在吊运应用多元化,吊运环境复杂化,被吊运物多样化。为了降低吊运系统设计、制造的复杂程度,用多机器人并联组成欠约束柔索并联吊运系统,即多机协调吊运系统。该系统结合多机器人系统和柔索并联机器人的特征,不仅具有可重组性、通用性、灵活性强、可模块化、工作空间大、响应速度快、环境适应性强等优点,同时可解决单个机器人负载能力低以及无法调节被吊运物姿态的问题。欠约束柔索并联系统的内部动力学特性复杂,同时柔索具有柔性和单向约束的特性,故研究欠约束多机协调吊运系统具有很大的工程实践和理论研究价值。首先,对欠约束多机协调吊运系统进行构型分析,主要研究3R3T构型的多机协调吊运系统的运动学、动力学模型和误差分析,并建立含有误差源的系统模型等一系列问题。在运动学分析的基础上,根据空间几何学和达朗贝尔原理得到牛顿-欧拉方程,即系统的动力学模型;考虑机构误差和柔索的柔性误差,并加入外界不确定因素的扰动,得到含有误差源的系统模型;针对系统的误差多而繁的缺点,提出误差指标—误差熵,可以准确客观的反映被吊运物整体的误差水平;通过数值模拟仿真,验证多机协调吊运系统的运动学、动力学模型和含误差源模型的正确性,以及验证提出的误差熵指标的正确性。其次,对欠约束多机协调吊运系统运动进行分析,在运动过程中需要完成轨迹跟踪控制,使得实际运行轨迹趋于理想轨迹。在欠约束多机协调吊运系统的误差模型基础上,并考虑系统存在高频低幅振动及系统建模误差,根据力-位混合控制策略,采用基于BP神经网络的智能PID控制和基于模糊自调整的免疫PID控制器,对系统轨迹进行跟踪控制;通过仿真试验结果表明,选取合理的控制参数,两种控制策略均能实现机器人系统的轨迹跟踪,基于模糊自调整的免疫PID控制器控制方法优于基于BP神经网络的智能PID控制,对系统轨迹跟踪控制有更好的控制效果。然后,对欠约束多机协调吊运系统进行摆动分析,提出加速度突变过程的摆动条件,加入规划控制,实现系统的防摆控制。对系统摆动的过程进行分析,得到系统发生摆动的条件;针对系统的特征,将系统起动和制动分别分为三种情况,分别提出不同起动和制动过程中加速度和速度规划方法;对系统起动到制动结束进行规划得到系统运动规划控制流程图,对直线运动和曲线运动分别提出完整的加速度和速度规划,得到规划方程;对系统的防摆控制过程进行动态仿真,分别得到直线运动和曲线运动下柔索拉力,验证加速度规划控制能够快速实现系统防摆控制,这对于提高欠约束多机协调吊运系统的综合性能具有重要意义。接着,对欠约束多机协调吊运系统进行定位分析,提出定位摆动的模型和控制策略。分析多机协调吊运系统快速定位过程的摆动,得到快速定位产生的摆动由双线摆和单线摆交替进行直至能量耗尽;针对多机协调吊运系统的特征,提出柔索约束式预期控制实现被吊运物快速定位,基于能量法设计控制器,控制系统的被吊运物能快速达到系统期望位置;通过仿真验证柔索约束式预期控制能够快速实现被吊运物定位控制。最后,设计和搭建多机协调吊运系统的实验样机并对其进行运动测试,然后通过实验验证所提出模型的正确性和规划防摆方法的可行性。

关键词：多机器人系统吊运系统轨迹跟踪防摆定位

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基于非线性PID的吊车防摆定位控制

微计算机信息 2007年第31期23卷 51-52,186页

作者：刘德君纪宏利白晶北华大学电气信息工程学院吉林132021

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象,采用非线性PID控制器进行定位和防摆控制。仿真实验结果表明,系统具有良好的动态、静态特性和强的鲁棒性。

关键词：非线性PID 防摆鲁棒性

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熔融金属吊车能量和光滑整形防摆控制器设计

机械设计与制造 2023年第8期 1-5页

作者：刘惠康鄢梦伟柴琳孙博文武汉科技大学信息科学与工程学院湖北武汉430081

针对熔融金属转运吊车的防摆问题,提出了一种基于桥式欠驱动吊车无源性设计的能量控制技术与前馈光滑整形技术相结合的控制技术。区别于其它的常规吊车控制策略,由于熔融金属吊车在转运过程当中负载为高温液态金属,实现其防摆控制更具... 详细信息

针对熔融金属转运吊车的防摆问题,提出了一种基于桥式欠驱动吊车无源性设计的能量控制技术与前馈光滑整形技术相结合的控制技术。区别于其它的常规吊车控制策略,由于熔融金属吊车在转运过程当中负载为高温液态金属,实现其防摆控制更具控制难度。基于吊车无源性设计的能量控制器具有良好的控制性能,可降低驱动能耗并保证吊车的快速精准定位;为防止吊运过程中的摆动引起高温液态金属负载重心产生强烈的波动,严重时甚至和吊车固有频率达到一致引发谐振,进而引进了一种光滑整形技术对操作命令进行卷积积分处理,可有效消除由液态负载晃动产生的干扰,既可完成系统的预定消摆又可抑制系统振动,进一步增强了系统的鲁棒性并减小了吊车系统摆幅,增强了系统的鲁棒性。最后通过仿真实验证明该控制方法具有良好的控制性能。

关键词：熔融金属转运吊车防摆能量控制器光滑整形液态重心干扰仿真

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桥式起重机智能控制器的设计与防摆研究

桥式起重机智能控制器的设计与防摆研究

作者：卢志强华东交通大学

学位级别：硕士

桥式起重机作为一种运载工具,广泛应用于各种工业场合。由于起重机自身结构的原因,负载在吊运过程中不可避免产生摆动。以往起重机是由操作者手动控制,一般是等待重物的摆动自然衰减后再进行就位操作,这种消极的消除摆动方式是以降低生... 详细信息

桥式起重机作为一种运载工具,广泛应用于各种工业场合。由于起重机自身结构的原因,负载在吊运过程中不可避免产生摆动。以往起重机是由操作者手动控制,一般是等待重物的摆动自然衰减后再进行就位操作,这种消极的消除摆动方式是以降低生产效率为代价的。本文设计了起重机主动防摆控制系统,将防摆和小车的运行控制结合起来考虑,它对起重机快速、安全的运行具有重要意义。对起重机吊重系统的动力学分析是解决起重机快速对位问题的基础。根据起重机物理模型,应用理论力学的基本方法,运用拉格朗日方程建立了起重机吊重系统动力学方程,并在线性简化的基础上得出吊重二自由度摆角模型。本文结合变频调速技术,设计了以S7-200型PLC为核心的起重机防摆控制系统。变频调速技术在起重机中的应用,极大地提高了起重机控制系统的稳定性和可靠性。PLC以可靠性高、使用灵活、维护工作量少等突出优点在工业领域得到了广泛的应用。研究和仿真结果表明,采用常规PID控制方法对桥式起重机吊重防摆进行控制具有一定的局限性。本文应用模糊控制机理,提出了基于模糊控制的起重机防摆控制器。该方法将起重机防摆和定位控制分开设计,采用位置模糊控制器和角度模糊控制器两个控制器实现起重机的准确定位和防摆。降低了运算时间、提高了控制效率。借助MATLAB中的Simulink Fuzzy工具箱对所设计的方案进行仿真分析。结果表明,本文所设计的模糊控制器具有良好的控制性能,在速度和位移的跟踪上优于前者,鲁棒性强,不受外界扰动的影响,是一种较为理想的控制方法。针对模糊控制中存在的位置静差和角度幅值偏大问题,本文进而提出了采用模糊自整定PID控制器来消除位置偏差和改善摆角控制。仿真和实验结果显示该方法可以消除系统静差,减小摆角,缩短系统响应时间,抗干扰能力强。

关键词：桥式起重机防摆模糊控制模糊自整定PID控制仿真