基于输入整形技术的吊车系统防摆控制

针对传统吊车防摆闭环控制方法存在的控制器设计相对复杂、控制效果不理想、不易实现等问题,提出了一种基于经典控制理论与前馈输入整形技术相结合的控制技术。首先,对吊车系统进行建模并简化数学模型,采用经典控制理论设计吊车的伺服控制系统。其次,在吊车伺服系统的基础上,引入输入整形技术设计吊车系统的ZV输入整形器。最后,通过MATLAB仿真验证所提出控制技术的有效性。     

带输入饱和的欠驱动吊车非线性信息融合控制

针对欠驱动吊车系统的控制问题,提出了一种非线性信息融合控制方法. 通过融合二次型性能指标函数中包含的未来参考轨迹和控制能量的软约束信息,以及吊车系统状态方程和输出方程的硬约束信息,获得协状态和控制量的最优估计. 针对控制量输入饱和的问题,提出了一种控制能量软约束信息自适应调节算法,使求出的控制量满足限制要求. 信息融合控制方法基于被控对象的离散模型设计,具有易于实现的特点. 仿真结果表明了该方法的有效性.     

双桅杆式起重机的时变输入整形控制方法

为了满足实际生产需求, 在工业中常使用两台或者多台起重机协作完成大型运输任务. 双桅杆式起重机负载能力强, 工作姿态灵活, 在大型建筑工地上得到了广泛应用. 然而, 现有控制方法大多针对动力学特性相对简单的双桥式起重机, 而对耦合性更强、动力学特性更复杂的双桅杆式起重机关注不足. 为解决此类系统的控制难题,本文通过分析系统的几何约束与动力学模型, 得到状态变量及其高阶导数之间的关系, 从而实现双桅杆式起重机非线性动力学模型的合理变换. 随后, 本文准确分析了吊臂俯仰角与负载姿态角之间的关系, 通过计算得到双桅杆式起重机的时变振荡周期, 设计了一种极不灵敏型输入整形器. 最后, 实验结果验证了所提时变输入整形控制方法能够实现起重机的准确定位及良好的消摆效果     

基于输入整形策略的船上回转吊车防摆控制

为了解决船上吊车的防摆问题,实现负载快速准确的定位,建立了系统的空间三维数学模型,提出了基于输入整形的前馈开环消摆控制策略。对定摆长条件下系统控制输入设计了ZVD(Zero Vibration and Derivative)输入整形器;基于输入整形器灵敏度曲线,利用矢量求和的方法设计了对称3峰的EI(Extra Insensitive)输入整形器,解决了在绳长变化时吊车系统防摆的控制问题;指出了输入整形对海浪影响的抑制作用。仿真结果验证了输入整形对于船上吊车防摆控制的有效性。     

面向大尺寸货物运送的吊车控制方法综述

随着现代化工业和基础设施建设的飞速发展,面向大尺寸货物运送的吊车系统以其高负载能力、低成本的显著优势广泛应用于集装箱搬运、风机安装、飞机机翼机身移动、水轮发电机转子安装、海上钻井平台搭建等诸多重要领域。然而,相对于传统的点质量单摆吊车系统,面向大尺寸货物运送的吊车系统具有更高的欠驱动程度、更强的状态耦合性和更加复杂的非线性,给大尺寸货物高效、安全的运送控制带来严峻挑战。本文首先简单阐述了面向大尺寸货物运送吊车系统不同吊装形式的建模、优势和缺点;然后,详细介绍了点质量双摆吊车系统、分布式质量双摆吊车系统和多吊车协同运送系统控制的研究现状;最后,对面向大尺寸货物运送吊车系统控制的研究现状进行概括,并对可能存在的关键问题和未来的研究方向进行了讨论和展望。     

带有状态约束的双摆效应吊车轨迹规划

对于欠驱动吊车而言,已有方法大都将负载摆动视为单摆进行处理.然而当吊钩质量相比负载质量不可忽略或负载体积较大时,负载会绕吊钩产生第二级摆动,出现双摆效应,使系统的摆动特性更为复杂,欠驱动度更高,其控制更具挑战性;此外,现有方法均无法保证系统的暂态控制性能.针对这些问题,本文提出了一种基于轨迹规划的消摆定位控制方法.具体而言,本方法所规划的台车轨迹具有解析表达式,且充分考虑系统安全性(摆动幅值)及台车运动的物理约束;通过构造新颖的平坦输出信号,将施加在台车运动和两级摆动上的约束/指标转化为对平坦输出的约束,从而将轨迹规划转化为凸优化问题.该方法能够保证整个过程中系统两级摆动的角度、角速度,台车的速度、加速度、加加速度均保持在设定范围内.通过与已有方法进行仿真对比,可见本方法不仅简单易行,且在工作效率与摆动抑制方面均具有更为良好的控制性能.     

考虑状态约束的五自由度塔式吊车多目标最优轨迹规划

为了提高塔式吊车的实际工作效率,往往需要在驱动旋臂和台车的同时改变绳长,以同步实现负载的运输与起落吊运.然而,目前针对变绳长塔式吊车控制问题的研究非常有限,依然处于起步阶段.对于变绳长塔式吊车而言,如何在保证系统良好暂态性能的基础上,减少运输时间、降低系统能耗,并同时实现综合最优是一个亟待解决的实际问题.为此,本文提出...     

采用神经网络的双吊车自适应防摆控制

由于工业实践对运输能力提出了更高的要求, 双吊车的应用日益广泛. 然而其动力学模型非线性很强, 因此控制器结构十分复杂. 另一方面, 大型货物的摆动很难抑制, 这给双吊车的自动化带来了巨大的挑战. 为了处理以上问题, 首先, 采用神经网络准确地估计了系统的模型, 在此基础上提出了一种自适应防摆控制方法, 很好地实现了双吊车系统的防摆控制; 然后, 采用李雅普诺夫方法, 严格地证明了系统在平衡点的渐近稳定性; 最后, 通过大量的实验结果, 验证了该方法具有良好的性能.     

桥式吊车系统的分级滑模控制方法

该文针对桥式吊车这一类欠驱动系统提出了一种分级滑模控制方法.该方法将系统状态分成两组,分别构造第一级滑动平面,并求取各个子滑动平面上的等效控制量.然后再构造第二级滑动平面,采用Lyapunov稳定定理获得最终的控制量.该控制量包含各子滑动平面的等效控制分量,因此能够保证系统状态沿着各个子滑动平面滑动.该文从理论上证明了各级滑动平面的渐近稳定性,并且通过仿真验证了该结果.     

欠驱动桥式吊车系统自适应控制

针对桥式吊车这类非线性欠驱动系统, 提出了一种基于耗散理论的自适应控制器. 它能够有效地抑制运输过程中负载的摆动, 并将其快速准确地运送到指定的位置. 相比其他吊车控制系统, 这种控制器无需准确测量台车和负载质量以及吊绳长度, 可以根据系统响应情况来对这些参数进行在线估计, 这将极大地方便控制器在实际吊车系统中的推广应用. 对于闭环系统的稳定性, 文中通过李雅普诺夫理论及拉塞尔不变性原理进行了证明, 仿真结果也证实了这种自适应控制器能够对吊车系统进行良好的控制.     

基于自适应方法的桥式吊车的防摇定位控制器的设计

针对一类欠驱动非线性桥式吊车,设计了一种自适应控制器,它不需要对吊车模型进行近似解耦或线性化处理,不需要事先知道桥吊的精确的数学模型的参数信息,在负载质量等参数发生变化的情况下,能够实现对桥吊小车的精确定位与负载摆动的有效抑制,文中同时对该方法的稳定性进行了理论分析.该控制方法具有结构简单,计算量小的特点.数值仿真结果证实了本控制方法的良好效果.     

基于时变滑模结构的桥吊防遥定位控制器设计

针对变绳长条件下欠驱动桥式吊车系统的防摇和定位控制问题,提出了一种基于时变滑模的桥吊控制方法;该方法采用多滑模结构控制,在桥吊绳长变化的情况下,较好地实现了对桥吊小车位置和负载摆角的控制;该方法利用时变滑模面,减少了滑模面到达阶段的时间,提高了控制器鲁棒性;同时控制器设计中还采用了一种新的方法来削弱滑模控制器的抖振现象;利用李雅普诺夫理论证明了该控制方法的全局稳定性和收敛性,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于稳定性分析的一类欠驱动系统的滑模控制器设计

从稳定分析的角度提出了一种欠驱动系统的新型滑模控制方法．该方法将各个子系统的一个变量进行组合定义成一个中间变量,然后从这个中间变量出发构造滑模函数,通过求取总的控制量保证中间变量在有限时间内收敛到平衡点;进一步利用LaSalle不变性原理证明该收敛域内只有一个平衡点且是渐近稳定的．仿真实验进一步验证了该结论．     

基于滑模方法的桥式吊车系统的抗摆控制

针对桥式吊车这类欠驱动系统,提出一种基于滑模控制的抗摆方法．该方法将系统状态分成两组。构造出一种双层滑动平面．结合桥式吊车系统数学模型的特点。求取了总的滑模控制量并进一步设计了控制器的参数．采用Lyapunov方法,从理论上证明了各级滑动平面的稳定性．仿真结果验证了该方法对于桥武吊车系统抗摆控制的有效性．     

二维桥式起重机的滑模控制

基于滑模控制理论,研究二维桥式起重机的控制器设计问题.首先,考虑小车端受到外界干扰的情况以及利用一些等价变换,得到一个四阶桥式起重机动力学模型;然后,根据得到的动力学方程,分别设计一种比例微分滑模控制器和一种比例微分积分滑模控制器,进而通过构造李雅普诺夫函数的方法证明两种控制器下滑模面的可达性和系统的稳定性;最后,设计1组对比仿真实验和1组在自制的桥式起重机实验平台上的验证性实验.实验结果表明,所设计的两种滑模控制器均可以使桥式起重机达到给定的控制目标.     

桥式起重机3D防摇动力学理论模型及控制策略

以桥式起重机为研究对象,针对其在三维复杂欠驱动系统中因状态参量高度耦合而导致动力学方程难以线性化处理和滑模控制器本身控制力输出的高频抖振等系列问题,设计一种基于分层滑模控制的改进超螺旋滑模控制器,以期当负载质量和钢丝绳长度等参数不断变化时,仍能实现对起重机的精确定位并有效抑制负载摆角.采用Lyapunov函数对控制器稳定性和可行性进行证明,通过搭建物理模型对所研究内容进行验证,仿真与实验结果的一致性证明了所提出的控制器对抑制负载摆动现象具有较好效果.以上结果表明所研究的控制器能够在不降低系统鲁棒性的前提下有效消除系统抖振并抑制负载摆角幅度,具有重要的理论意义与应用潜力.