基于吊重防搖控制的起重機(jī)快速對(duì)位關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、起重機(jī)的小車和吊重之間一般采用柔性鋼繩聯(lián)結(jié)，由于大、小車和吊重存在慣性，小車或大車的運(yùn)行使吊重產(chǎn)生搖擺，不利于起重機(jī)快速對(duì)位。一般吊重防搖的被動(dòng)控制較主動(dòng)控制容易實(shí)現(xiàn)。吊重防搖、減搖的型式一般有機(jī)械式、液壓油缸式、鋼絲繩索式、機(jī)械電子式和智能電子式。 本文的研究重點(diǎn)在液壓油缸式和智能電子式減搖系統(tǒng)。對(duì)起重機(jī)吊重系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析是解決起重機(jī)快速對(duì)位問(wèn)題的基礎(chǔ)。文中由橋式起重機(jī)建立了起重機(jī)吊重系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，并在線性簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上得出

2、吊重二自由度擺角模型。仿真結(jié)果表明：吊重的起升繩長(zhǎng)和大、小車運(yùn)行的加(減)速度是影響吊重?cái)[角的主要因素，其中大、小車運(yùn)行加(減)速度對(duì)擺角的影響較繩長(zhǎng)對(duì)擺角的影響顯著；起重機(jī)的大車和小車運(yùn)行對(duì)吊重?fù)u擺的影響效果是相同的。液壓油缸式減搖系統(tǒng)在集裝箱起重機(jī)中應(yīng)用較多，為了能更好地為液壓減搖系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，文中根據(jù)液壓減搖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和小車吊重系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)液壓油缸式減搖系統(tǒng)在工程適用范圍內(nèi)建立了動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)減搖系統(tǒng)進(jìn)

3、行了動(dòng)力學(xué)分析，模擬實(shí)際工況進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，結(jié)果表明：吊重?cái)[角按指數(shù)形式衰減，影響減搖系統(tǒng)減搖效果的因素有減搖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、起升質(zhì)量、起升繩長(zhǎng)和起升速度。對(duì)于具體的液壓減搖系統(tǒng)，在最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)載荷比范圍或匹配起升質(zhì)量時(shí)，可以得到良好的減搖效果。一般通過(guò)相應(yīng)的傳感器實(shí)時(shí)采集小車位置和速度、吊重?cái)[角和擺角角速度以及小車驅(qū)動(dòng)力等狀態(tài)變量信息，并提供給防搖控制系統(tǒng)。考慮到吊重?cái)[角等變量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的難度和成本，文中針對(duì)電壓控制小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的小車吊

4、重動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置全狀態(tài)觀測(cè)器或降維觀測(cè)器對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，即重構(gòu)狀態(tài)變量空間，從而將相關(guān)變量的估計(jì)信息提供給防搖控制系統(tǒng)。通過(guò)采集小車位置信息可以設(shè)置全狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)包括小車位置在內(nèi)的所有狀態(tài)變量進(jìn)行觀測(cè)；通過(guò)采集小車位置和速度信息可以設(shè)置降維觀測(cè)器對(duì)吊重?cái)[角、擺角角速度和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)器的相應(yīng)狀態(tài)變量的觀測(cè)時(shí)間與小車吊重系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)、觀測(cè)器的極點(diǎn)和相應(yīng)狀態(tài)變量的初始值有關(guān)。在給定系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和相應(yīng)狀態(tài)變量的初始條件

5、下可以繪制觀測(cè)器極點(diǎn)與對(duì)應(yīng)狀態(tài)變量的觀測(cè)時(shí)間關(guān)系曲線，為了使觀測(cè)器精確重構(gòu)狀態(tài)變量空間并具有良好的動(dòng)態(tài)特性，可以將觀測(cè)器的極點(diǎn)配置在復(fù)平面負(fù)實(shí)軸上和該曲線的平緩變化區(qū)域。由小車吊重開(kāi)環(huán)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)在復(fù)平面的分布形態(tài)，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)本身是不穩(wěn)定的。通過(guò)引入狀態(tài)反饋增益調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中狀態(tài)變量信息由傳感器現(xiàn)場(chǎng)采集或觀測(cè)器觀測(cè)所得。采用極點(diǎn)配置法(極點(diǎn)位移法)，通過(guò)考慮控制系統(tǒng)復(fù)平面上一對(duì)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)，控制系統(tǒng)的其余極

6、點(diǎn)可以配置在離這對(duì)主導(dǎo)極點(diǎn)左側(cè)較遠(yuǎn)處，用類似二階系統(tǒng)性能分析方法獲得反饋控制器的增益調(diào)節(jié)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)配置反饋控制系統(tǒng)的極點(diǎn)為期望極點(diǎn)，從而使吊重的擺動(dòng)能在小車的目標(biāo)位置和期望時(shí)間衰減為零。當(dāng)反饋控制系統(tǒng)引入狀態(tài)觀測(cè)器時(shí)，要求觀測(cè)器對(duì)狀態(tài)變量的觀測(cè)速度比反饋控制器對(duì)狀態(tài)變量的調(diào)節(jié)速度快。文中進(jìn)行了觀測(cè)器和反饋控制器的設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明在小車目標(biāo)位置、指定調(diào)節(jié)誤差范圍內(nèi)吊重?cái)[角能在期望的時(shí)間衰減為零，各狀態(tài)變量均有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，