集裝箱起重機動力學(xué)分析及防搖控制研究.pdf

1、同濟大學(xué)機械工程學(xué)院博士學(xué)位論文集裝箱起重機動力學(xué)分析及防搖控制研究姓名：蘇晴申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：機械設(shè)計及理論指導(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的魯棒性。并根據(jù)系統(tǒng)的物理意義，利用用變分法對控佧Il參數(shù)進行了優(yōu)化分析。最后，對于系統(tǒng)存在摩擦阻尼的情況進行了分析和討論，分析結(jié)果表明由于缺少欠驅(qū)動變量吊重擺角的反饋信息，在系統(tǒng)平衡原點處存在不

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)振動的影響小。但是在有摩擦力存在的情況下，系統(tǒng)平衡原點處會存在不可控區(qū)域，為了解決該問題，文中對帶擺角反饋的防搖控制進行了系統(tǒng)研究。根據(jù)岸橋的工作特點分階段設(shè)計了三個防搖控制器：在加速階段，采用模糊控制，通過并行分配補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)測控制解決小車運行中存在

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在定位操作中的減速跟鉤微調(diào)的動作。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)測控制方法，該方法能有效的處理無源系統(tǒng)中驅(qū)動狀態(tài)變量存在約束的問題。對于無源系統(tǒng)，通過無源性分析得到鎮(zhèn)定控制律，再采用預(yù)測控制在線優(yōu)化控制增益參數(shù)，以滿足系統(tǒng)驅(qū)動變量的約束要求。該方法不但

4、克服了單純預(yù)測控制穩(wěn)定性差的缺點，而且提高了預(yù)測控制的求解效率，非常適合在線計算。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)岸橋裝卸實際工作情況，對岸橋整個吊運工作過程進行數(shù)值仿真分析。通過算例分析，理論上驗證了文中提出的防搖控制算法的有效性。并結(jié)合算例對防搖控制和岸橋結(jié)構(gòu)振動給出了如下結(jié)論：I)當(dāng)?shù)踔財[角為小角度，岸橋主大梁振動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對于吊

5、重擺角的影響不是很大；II)小車在主大梁上運動會引起大梁的振動，同時吊重提升和降落時的加速度也會對大梁振動造成岸橋大梁振動，因此在控制吊重提升和降落速度時應(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；同樣在設(shè)計小車速度時同樣要避免出現(xiàn)小車加速度瞬態(tài)峰值；IV)門架振動對于吊重擺角的影響比較大。當(dāng)門架剛度比較大其振動幅度小時，它對吊重擺角的影響表現(xiàn)為在吊重擺角曲線上疊加一個小幅度的高頻曲線。當(dāng)門架剛度較小且