船用起重機(jī)吊重系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與防擺控制研究.pdf

1、船用起重機(jī)是一種船舶自備的工程搬運(yùn)設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于艦船補(bǔ)給、風(fēng)車安裝、貨物吊裝、水下機(jī)器人布放與回收等海上作業(yè)，屬于船舶與海洋工程領(lǐng)域核心技術(shù)裝備之一。然而，由于船舶的非線性基座激勵(lì)，加之起重機(jī)本身的欠驅(qū)動(dòng)特性，吊重會(huì)不可避免的產(chǎn)生擺動(dòng)，使其可能和周圍的其它物體或操作人員發(fā)生碰撞，導(dǎo)致財(cái)物損失甚至人員傷亡，同時(shí)也極大地降低了吊裝作業(yè)的工作效率。為此，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展，船用起重機(jī)吊重系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與防擺控制問題受到了國(guó)內(nèi)外眾多研究

2、人員的廣泛關(guān)注，已成為當(dāng)今機(jī)器人與自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　盡管國(guó)內(nèi)外研究人員開展了大量相關(guān)研究，取得很多有意義的研究成果，但目前仍然存在一些開放性的難題，如多自由度剛?cè)狁詈蠙C(jī)器人系統(tǒng)的建模與分析問題、雙擺吊重的防滑與防擺控制、機(jī)械防擺裝置對(duì)起重機(jī)本身作業(yè)造成干擾等實(shí)際問題，尚未得到有效解決。圍繞這些開放性難題，本文主要開展了以下幾個(gè)方面的工作:首先，提出一種三繩牽引機(jī)械防擺裝置，并針對(duì)有無基座運(yùn)動(dòng)、有無防擺機(jī)構(gòu)等不同情形

3、，建立了不同復(fù)雜程度的一系列動(dòng)力學(xué)模型;第二，在動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的動(dòng)力學(xué)分析;第三，進(jìn)行了無基座激勵(lì)條件下起重機(jī)吊重防擺控制研究，一方面開展了橋式起重機(jī)雙擺吊重的最優(yōu)控制和單擺吊重的模型參考控制，另一方面開展了基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和模型參考的旋臂式起重機(jī)防擺控制;最后，進(jìn)行了船用起重機(jī)吊重防擺控制研究，一方面開展了基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和模型參考的電子式防擺控制，另一方面進(jìn)行了基于三繩牽引的機(jī)械防擺控制。完成上述研究工作，本文的主要貢

4、獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)綜合運(yùn)用牛頓-歐拉迭代方法和拉格朗日方法，建立了配備穩(wěn)定平臺(tái)的船用起重機(jī)吊重系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，解決了剛?cè)狁詈蠙C(jī)器人系統(tǒng)自由度太多難以采用傳統(tǒng)單一方法建立動(dòng)力學(xué)模型的問題;同時(shí)，針對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)直接補(bǔ)償(DSMC)方案能耗大的不足之處，提出一種船舶運(yùn)動(dòng)組合補(bǔ)償(CSMC)方案，并通過動(dòng)力學(xué)分析證明了CSMC方案在能耗方面的優(yōu)勢(shì)。
　　(2)提出一種三繩牽引機(jī)械防擺裝置和基于阻尼原理的張力設(shè)定方法，系統(tǒng)

5、地建立了機(jī)械防擺裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、靜力學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型，得到了牽引索的張力約束條件，從理論上解決了三根牽引索的位置同步和張力設(shè)定的問題。
　　(3)進(jìn)行了船用起重機(jī)吊重機(jī)械防擺實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了所提基于阻尼原理的張力設(shè)定方法的有效性，得到張力設(shè)定值和張力閾值對(duì)防擺效果的影響規(guī)律;同時(shí)，提出張力/位置混合控制方法，解決了機(jī)械防擺裝置對(duì)起重機(jī)本身作業(yè)造成干擾的問題。
　　(4)將雙擺吊重單點(diǎn)起吊全過程分為受約束階段和自由懸掛階段