基于实时内核的双起升双吊具桥吊实时仿真平台

双起升双吊具桥吊是一种复杂的多电机传动机械,其多电机协调控制需要实现桥吊操作的准确性、安全性和快速性;文中针对一种双起升双吊具桥吊实验装置的多电机协调控制的需要,构建了一个桥吊多电机实时仿真控制平台,提出了一种基于Real-TimeWorkshop(RTW)的实时内核的混合仿真实验构架,采用了S函数设计开发运动控制器驱动模块,并通过调用设备驱动函数操作运动控制器,最终实现桥吊多电机协调控制的方法;该方案具有技术先进、结构简单、使用灵活、成本低廉的特点,能够方便地实现针对双起升双吊具桥吊控制方法的数字仿真和半实物仿真。     

欠驱动旋转双摆系统的建模与仿真

研究倒立摆控制问题,针对旋转双摆系统这一新颖的欠驱动机械系统,而旋转双摆系统是由一个驱动的旋转臂和两个未驱动的旋转摆杆组成,选取驱动臂和两个摆杆的旋转角度作为系统的广义坐标,系统存在不稳定平衡点.为对系统进行稳定性控制,采用拉格朗日方程的方法建立了其动力学模型并总结了系统模型的特殊性质.为了便于进行稳定控制器的设计,给出了近似条件下旋转双摆系统的线性化.对动力学模型进行了仿真实验,仿真结果表明实现了系统的稳定性控制,说明了模型的有效性.     

不确定扰动下双起升桥吊双吊具鲁棒自适应滑模同步协调控制

双起升桥吊双吊具存在的参数摄动和不确定干扰问题严重影响了双吊具同步协调运行的效果. 鉴于此, 分析桥吊双吊具不同工作模式的运行特性, 采用交叉耦合策略, 提出一种基于参数自整定的双吊具鲁棒自适应滑模同步协调控制方法. 采用变边界层技术解决滑膜控制需折中稳态误差和抖振平滑的难题, 利用自整定切换函数增益消除不确定扰动, 并利用Lyapunov 理论证明控制器的渐近稳定性. 桥吊控制实验表明了所提出方法的有效性.

     

双起升桥吊双吊具同步协调控制

针对双起升桥式吊车双吊具同步协调运行过程中普遍存在的系统参数变化和摩擦等不确定扰动问题, 本文基于双吊具的非线性感应电机动态数学模型及其耦合动力学模型, 提出了一种时变分层增量式滑模控制和自适应补偿相结合的双吊具同步协调控制方法. 该方法首先利用时变滑模技术实现了控制器在滑模趋近阶段的鲁棒性控制, 并采用分层增量形式的滑模面设计方法简化了控制器参数选取. 然后, 采用自适应补偿技术抑制了双吊具运行中存在的不确定扰动, 同时减小了切换函数的增益值. 此外, 在切换函数设计中采用了指数趋近技术, 使滑模控制器的抖振现象明显降低. 最后, 利用Lyapunov方法证明了该方法的全局稳定性和收敛性, 并通过数值仿真和物理实验验证了该方法的有效性.     

双缺液压电梯的建模与仿真

在对双缺液压电梯进行建模与仿真时，直接由其机理建模非常复杂，得不到可用于控制的数学模型，因此采用辨识的方法（即实测辨识方法和机理仿真方法）建立其模型，最后用MATLAB对所建模型进行了仿真比较，结果表明所见模型是比较合适的。     

欠驱动多指节机器人手的仿真实现

欠驱动多指节机器人手具有较复杂的非线性运动方程组以及运动过程的阶段性,公用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真系统一般很难实现这种机器人手的动态仿真为此提出用Ｍａｔｌａｂ语言编写的Ｍ－文件与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真系统之间的合理组合,实现多指节手的动态仿真过程。文中用于欠驱动多指节机器人手的动态仿真模型能够发映手指操作的起初过程,并能简化仿真系统的复杂性,这为多指节手的运动、受力分析以及机构、控制设计等提供了有效工     

欠驱动桥式吊车消摆跟踪控制

对于桥式吊车系统而言,其控制目标是将货物快速、精确、摆动尽可能小地运送到目标位置.为此,本文提出了一种新型的轨迹跟踪控制策略,可在保证负载快速平稳运送的同时,有效地抑制并消除整个过程中负载的摆动.具体而言,通过对吊车动力学模型进行一系列的变换,设计了一种新颖的跟踪控制器,并对闭环系统信号的有界性与收敛性进行了理论分析.与调节控制方法相比,本文方法可保证台车的平滑启动与运行;此外,本方法放宽了已有轨迹跟踪控制方法对参考轨迹的约束条件,更具实用性与一般性.实验结果表明,本文设计的控制器能取得优于已有方法的控制效果,并对外界干扰具有很强的鲁棒性.     

分布仿真的建模与验模研究

分布仿真技术正在成为影响国防事业发展的关键技术之一。仿真技术将应用于对武器装备的全寿命、全系统、全方位管理 ,建模与仿真的对象将是复杂的大系统。因此 ,建模与仿真必须满足高层体系结构HLA及任务空间概念模型CMMS ,它是建立仿真的一致性与权威性表达的基础 ,同时采用新的VV&A工具     

欠驱动旋转双摆系统的模糊控制

旋转双摆系统由一个单电机驱动的旋转臂和两根安装在旋转臂上的未驱动的旋转摆杆组成,是典型的欠驱动系统,模糊控制设计的目的是将两根摆杆稳定在倒立位置的同时将旋转臂控制到原点.首先,基于拉格朗日方程获得系统的非线性动力学模型,进而给出其在不稳定平衡点附近的线性化模型.在进行模糊控制器的设计过程中,由于旋转双摆系统有6个状态变...     

基于观测器的双吊具桥吊时变滑模同步控制

为针对双起升桥式吊车双吊具同步运行过程中普遍存在的无法精确建模、系统参数变化、外部扰动未知等问题,采用交叉耦合策略,提出了一种基于非线性扰动观测器的时变滑模同步控制方法。首先,采用时变滑模控制保证了控制器的全局鲁棒性;其次,利用非线性扰动观测器观测聚合扰动,对控制器进行扰动补偿;此外,提出一种可动态适应控制系统变化的变增益趋近律,有效抑制了控制输入抖振、缩短了趋近时间。最后,利用Lyapunov理论证明控制器的渐进稳定性,并通过仿真结果表明了所提出方法的有效性,控制器在未知扰动存在的情况下仍具有良好性能。     

欠驱动三维桥式吊车系统自适应跟踪控制器设计

针对三维桥式吊车系统的欠驱动特性, 设计了一种目标轨迹自适应跟踪控制器. 相比其他常规的三维桥式吊车控制器, 它不需要对吊车模型进行任何近似解耦或线性化处理, 并且考虑了系统所受的摩擦力与空气阻力等干扰. 在负载质量和吊绳绳长等发生变化或存在不确定因素的情况下, 它依然能实现对台车的精确定位与负载摆动的有效抑制. 对于闭环系统的稳定性, 文中通过Lyapunov方法和芭芭拉定理对其进行了理论分析, 随后的实验结果也表明了这种自适应跟踪控制器良好的控制性能和对不确定性因素的适应性.     

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.     

An Enhanced Coupling Nonlinear Tracking Controller for Underactuated 3D Overhead Crane Systems

An enhanced coupling nonlinear tracking control method for an underactuated 3D overhead crane systems is set forth in the present paper. The proposed tracking controller guarantees a smooth start for the trolley and solves the problem of the payload swing angle amplitude increasing as the transferring distance gets longer for the regulation control methods. Different from existing tracking control methods, the presented control approach has an improved transient performance. More specifically, by taking the operation experience, mathematical analysis of the overhead crane system, physical constraints, and operational efficiency into consideration, we first select two desired trajectories for the trolley. Then, a new storage function is constructed by the introduction of two new composite signals, which increases the coupling behaviour between the trolley movement and payload swing. Next, a novel tracking control strategy is designed according to the derivation form of the aforementioned storage function. Lyapunov techniques and Barbalat's Lemma are used to demonstrate the stability of the closed‐loop system without any approximation manipulations to the original nonlinear dynamics. Finally, some simulation and experiments are used to demonstrate the superior transient performance and strong robustness with respect to different cable lengths, payload masses, destinations, and external disturbances of the enhanced coupling nonlinear tracking control scheme.     

Adaptive Proportional-Derivative Sliding Mode Control Law With Improved Transient Performance for Underactuated Overhead Crane Systems

In this paper, an adaptive proportional-derivative sliding mode control (APD-SMC) law, is proposed for 2D underactuated overhead crane systems. The proposed controller has the advantages of simple structure, easy to implement of PD control, strong robustness of SMC with respect to external disturbances and uncertain system parameters, and adaptation for unknown system dynamics associated with the feedforward parts. In the proposed APD-SMC law, the PD control part is used to stabilize the controlled system, the SMC part is used to compensate the external disturbances and system uncertainties, and the adaptive control part is utilized to estimate the unknown system parameters. The coupling behavior between the trolley movement and the payload swing is enhanced and, therefore, the transient performance of the proposed controller is improved. The Lyapunov techniques and the LaSalle's invariance theorem are employed in to support the theoretical derivations. Experimental results are provided to validate the superior performance of the proposed control law.      

桥架起重机防晃控制非线性系统建模与研究

随着世界贸易的发展,桥架起重机发挥着越来越关键的作用;与此同时,桥架起重机防晃技术也日益受到关注。为分析桥架起重机系统的特性,为理论上验证与研究各种吊车控制方法的稳定性和效果提供参考,该模型在建立过程中考虑了电机对桥架起重机非线性系统的影响,对电机、小车和吊具与负载部分分别进行了分析、研究、建模与仿真,最终建立起桥架起重机防晃控制非线性系统完整的物理和数学模型,实现了对桥架起重机系统运动特性的完整描述。并用Matlab对电机、小车和吊具及负载部分,以及桥架起重机非线性系统的开环与闭环状态分别进行仿真,仿真结果验证了电机、小车、吊具及负载部分的特性,证明了模型的正确性,为研究桥架起重机防晃控制非线性系统提供了理论参考。     

起重机升降运动系统的建模及仿真研究

目前,对起重机升降系统的研究,基本上将电气系统和机械系统分开研究,或者只是简单的进行链接,很难建立有效、精确的数学模型。针对该问题,分析了起重机升降运动系统各组成部分的关系,建立了起重机升降运动系统机电耦合数学模型,以变量的形式引入了电磁转矩和钢丝绳的弹性系数,避免了单纯从机械系统或电气系统建模而忽略两者之间存在相互影响的缺陷;以负载运动位置作为控制变量,采用基于矢量控制的调速方法对该模型进行了仿真,结果表明,该模型能够较好地反映出起重机升降运动的工作过程。     

桥门式起重机最优调压节能仿真研究

为了实现起重机最优调压节能运行,针对起重机的恒转矩运行和变工况负载特性,基于异步电动机Γ型等效电路,将定子铜耗和铁耗看作是仅与定子电压有关的不变损耗,将转子铜耗看作是随负载转矩变化的可变损耗,得到电气总损耗与定子电压和负载转矩的直接关系。通过求解得出电动机稳定运行条件下使电气总损耗最小的最优电压。研究和仿真结果表明:定子电压和负载转矩共同影响总损耗,按照电动机稳定运行时的近似转差率得出总损耗的精确解和近似解在低于200V时,误差较大,在高于200V时误差几乎为零,而随负载转矩变化的最优电压误差不超过7V;起重机按照负载转矩变化的适时调压运行方式的节能效果是显著的。