集裝箱起重機(jī)動(dòng)力學(xué)分析及防搖控制研究.pdf

1、同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士學(xué)位論文集裝箱起重機(jī)動(dòng)力學(xué)分析及防搖控制研究姓名：蘇晴申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：盧耀祖張氫20080701摘要理論分析和數(shù)值仿真算例表明該控制方法對(duì)于岸橋防搖的速度及定位控制有著較快的收斂速度和較強(qiáng)的魯棒性。并根據(jù)系統(tǒng)的物理意義，利用用變分法對(duì)控佧Il參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析。最后，對(duì)于系統(tǒng)存在摩擦阻尼的情況進(jìn)行了分析和討論，分析結(jié)果表明由于缺少欠驅(qū)動(dòng)變量吊重?cái)[角的反饋信息，在系統(tǒng)平衡原點(diǎn)處存在不

2、可控區(qū)域，該區(qū)域大小和摩擦力的大小有關(guān)。無擺角反饋的力控制模式由于不需要擺角反饋，因此硬件結(jié)構(gòu)簡單，并且控制性能受岸橋結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響小。但是在有摩擦力存在的情況下，系統(tǒng)平衡原點(diǎn)處會(huì)存在不可控區(qū)域，為了解決該問題，文中對(duì)帶擺角反饋的防搖控制進(jìn)行了系統(tǒng)研究。根據(jù)岸橋的工作特點(diǎn)分階段設(shè)計(jì)了三個(gè)防搖控制器：在加速階段，采用模糊控制，通過并行分配補(bǔ)償或線性矩陣不等式方法米保證閉環(huán)系統(tǒng)全局穩(wěn)定；在勻速階段，采用基于無源性的預(yù)測(cè)控制解決小車運(yùn)行中存在

3、速度約束的問題；在減速階段，通過坐標(biāo)變化將系統(tǒng)變換成為一個(gè)嚴(yán)格前饋系統(tǒng)，采用嵌套飽和函數(shù)控制方法來模擬小車司機(jī)在定位操作中的減速跟鉤微調(diào)的動(dòng)作。數(shù)值仿真算例表明了所采用的控制方法較適合岸橋的防搖控制。對(duì)于無源系統(tǒng)的狀態(tài)約束問題，本文提出了基于無源性的預(yù)測(cè)控制方法，該方法能有效的處理無源系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)狀態(tài)變量存在約束的問題。對(duì)于無源系統(tǒng)，通過無源性分析得到鎮(zhèn)定控制律，再采用預(yù)測(cè)控制在線優(yōu)化控制增益參數(shù)，以滿足系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)變量的約束要求。該方法不但

4、克服了單純預(yù)測(cè)控制穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，而且提高了預(yù)測(cè)控制的求解效率，非常適合在線計(jì)算。在文中最初建立的岸橋彈性系統(tǒng)模型中應(yīng)用無擺角反饋控制算法和帶擺角反饋控制算法，根據(jù)岸橋裝卸實(shí)際工作情況，對(duì)岸橋整個(gè)吊運(yùn)工作過程進(jìn)行數(shù)值仿真分析。通過算例分析，理論上驗(yàn)證了文中提出的防搖控制算法的有效性。并結(jié)合算例對(duì)防搖控制和岸橋結(jié)構(gòu)振動(dòng)給出了如下結(jié)論：I)當(dāng)?shù)踔財(cái)[角為小角度，岸橋主大梁振動(dòng)的豎向加速度和重力加速度相比為較小的量，因此岸橋大梁的豎向振動(dòng)對(duì)于吊

5、重?cái)[角的影響不是很大；II)小車在主大梁上運(yùn)動(dòng)會(huì)引起大梁的振動(dòng)，同時(shí)吊重提升和降落時(shí)的加速度也會(huì)對(duì)大梁振動(dòng)造成岸橋大梁振動(dòng)，因此在控制吊重提升和降落速度時(shí)應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)吊重的加速度瞬態(tài)峰值；III)小車加速和減速引起岸橋門架橫向振動(dòng)；同樣在設(shè)計(jì)小車速度時(shí)同樣要避免出現(xiàn)小車加速度瞬態(tài)峰值；IV)門架振動(dòng)對(duì)于吊重?cái)[角的影響比較大。當(dāng)門架剛度比較大其振動(dòng)幅度小時(shí)，它對(duì)吊重?cái)[角的影響表現(xiàn)為在吊重?cái)[角曲線上疊加一個(gè)小幅度的高頻曲線。當(dāng)門架剛度較小且