消除参数不确定柔性系统的残留振荡鲁棒控制

基于残留振荡能量最小的优化思想，在系统参数变化范围内设计鲁棒时滞滤波器。滤波器在柔性系统极点附近配置三重零点，使其对系统参数误差不敏感，具有很强的鲁棒性。将这一控制技术用于起重机的消摆控制系统中，可以有效抑制载荷的残留摆动。     

塔式起重机在变幅运动过程中货物的摆动规律

塔式起重机变幅机构的加、减速运动引起货物摆动和整机结构的振动,从而影响吊装效率和整机结构的稳定性,为此,研究塔式起重机在变幅运动过程中货物的摆动规律。针对小起升高度或附着式塔式起重机,在不考虑塔身变形的情况下,将塔式起重机-小车-货物系统简化为悬臂梁-移动质量-球摆系统,基于Lagrange方程推导悬臂梁-移动质量-球摆系统的动力学方程,揭示了小车运动、货物摆动与起重臂振动的相互作用规律,利用Matlab软件计算分析在变幅运动过程中加、减速参数和起升钢丝绳长度对货物摆动的影响规律。仿真结果表明:小车运动加速度使货物摆动的平衡位置发生倾斜,倾斜的角度随着加速度幅值的增加而增大,加、减速运动时间影响着下一个运动阶段货物的摆动初始角度,货物摆动的频率随着钢丝绳长度的增大而减小。     

基于YOLOv3的桥式起重机摆角检测系统

起重机在启动、停止时的摆动角度较大,影响工作效率,摆角检测系统的研究对于提高起重机的效率和实现起重机无人化的研究具有重要意义,文中设计了一种桥式起重机摆角检测系统,该系统使用图像传感器结合计算机视觉算法测得摆角。所提出的技术使用工业摄像头作为视觉传感器,基于YOLOv3目标检测算法识别吊钩,根据图像中吊钩离开平衡位置的位移和图像坐标变换计算出摆动角度。     

有限冲击最优时滞滤波器抑制起重机载荷残留摆动

将时滞滤波技术用于高速、大吨位起重机控制系统中,可以有效抑制载荷残留摆动,同时会引起运行机构的运动冲击,而且降低系统的响应速度.针对这一问题,基于有限冲击理论和优化理论,提出有限冲击最优时滞滤波器.基于减小柔性系统刚体运动冲击的基本思想,设计有限冲击控制指令,抑制控制信号的高频成份,降低未建模动态激励.然后以载荷摆动状态矢量建立二次型目标函数,基于优化理论计算出使载荷摆动最小的时滞,设计出具有合理时滞的最优时滞滤波器,保证系统具有满意的响应速度.该滤波器形成的控制信号是一系列的斜坡信号,对时间的变化率不超过允许的最大冲击值,从而降低了刚体的运动冲击.建立起重机仿真系统和模拟实验系统,基于仿真和试验相结合的方法验证了这一控制技术的有效性.     

不确定柔性系统消除残留振荡的时滞滤波器设计

采用了零点配置方法来设计具有强鲁棒性的时滞滤波器,消除小阻尼不确定性系统的残留振荡。在系统极点附近配置多个滤波器零点,通过建立离散传递函数来得到时滞滤波器方程,设计简单,减少了计算量。该方法在起重机载荷防摆控制中得到了很好的应用,能够有效地消除载荷的摆动,对缆绳长度的变化具有很好的鲁棒性。     

一种新的正幅值带尾部信号的时滞滤波器设计

针对带有零点的柔性系统,设计出一种新的正幅值约束的带尾部信号的时滞滤波器。该滤波器能够适应任意形式的系统输入,而且设计过程和期望的系统输出值无关,同时,对于参数时变系统,提出了新的鲁棒性约束条件,最后把设计的带尾部信号的时滞滤波器应用到桥式起重机的定位和防摆控制之中。仿真结果表明,该滤波器的应用能有效缩短起重机小车定位的调节时间,而且与基本的时滞滤波器级联控制时,可以有效消除负载的残留振荡,有利于作业效率的提高。     

动臂式起重机吊重变幅摆动系统动力学分析与仿真

为研究动臂式起重机变幅工况、吊重偏摆和振动特性,寻求抑制吊重摆动的方法,基于等效元素集成法,建立了变幅系统吊重摆动的动力学模型,并利用MATLAB和SIMULINK进行动力学方程求解和运动仿真。结果表明,变幅角度直接影响吊重偏摆角度,变幅运动影响吊重振动幅度,吊重摆动周期只与变幅系统结构有关,为研究吊重摆动的控制问题提供了理论依据。     

起升运动对桥式起重机货物摆动特性的影响规律

为了研究桥式起重机货物摆动规律,寻找抑制货物摆动、精准定位的控制理论和方法,通过建立桥式起重机机构运动和货物摆动的动力学模型,推导起升运动引起货物摆动的变化规律公式,得出如下结论:起升运动使货物摆动成为弱阻尼二阶振荡系统,货物的摆动角度是幅值和频率缓慢变化的周期函数,摆动幅值以指数函数衰减或增加,摆动频率随钢丝绳长度的变化而变化,进一步通过仿真计算分析了起升运动引起的货物摆动特性的变化规律。     

基于输入整形的回转式起重机吊摆系统防摆控制器的设计与分析

针对回转式起重机吊摆系统的摆动特征,设计了适合吊摆系统的ZVD输入整形防摆控制器,并在MATLAB/Simulink环境中对基于输入整形防摆控制器的吊摆系统模型进行了回转及俯仰运动的仿真分析。通过整形前和整形后系统在相应运动情况下吊重摆动幅度的对比,验证了输入整形防摆控制器在抑制海上集成转载平台起重机吊重摆动方面的有效性。     

基于软测量技术的桥式起重机防摇控制方法研究

针对现有的桥式起重机防摇控制技术复杂、成本高而难以推广应用的问题,提出了一种易于实现的、基于软测量技术的防摇控制方法,指明了控制策略的应用范围,简化了起重机运行机构-吊钩系统的物理模型,建立了状态空间描述下二阶系统的数学模型,利用软测量技术估计吊钩偏摆角,采用状态反馈的方法对桥式起重机运行机构进行速度控制,同时抑制吊钩摆角。最后,在桥式起重机模型试验平台上对控制策略进行验证,得到了较好的防摇效果。     

刚性摆起重机PID控制防摇研究及实验验证

针对实际工程需求,对刚性摆起重机防摇特性进行研究,建立了刚性摆起重机摆动的数学模型及其状态方程。利用MATLAB研究在相同单位冲击下,自由系统停止摆动所需的时间和施加PID控制的系统停止摆动所需的时间。以停摆时间作为判断标准,PID控制能明显地减小起重机停止时的摆动,具有很好的控制效果。以STM32f103为下位机,LABVIEW为上位机建立刚性摆起重机的仿真实验平台。经过实验验证,刚性摆起重机的PID控制能够满足实际的工程需要,能明显减小刚性起重机停摆时间和最大停摆角度,极大地提高了刚性摆起重机的工作效率。     

船式起重机的建模与消摆控制研究

针对海上平台船式起重机在运行过程中负载摆动过大、运输效率低下等问题,将辨识与最优化技术应用到船式起重机中,对船式起重机各部分动力学关系进行了分析,建立了船式起重机的数学模型。考虑了负载与船体运动的相互耦合,在FLOW-3D(计算流体动力学软件)中建立了仿真平台,对船摇模型进行了参数辨识,从而建立了完整的系统模型。应用最优化方法设计了一种消摆控制器,该控制器由PI控制器、低通滤波器、陷波滤波器串联而成。最后在Matlab/Simulink上进行了控制模型的仿真试验,比较了负载摆角在控制前、后的差别,发现消摆控制器可以将负载的残余摆动控制在消摆前的10%左右。研究结果表明,通过使用FLOW-3D来辅助建模,效率高且准确;采用最优化方法设计的控制器能较大幅度抑制负载摆动,可以提高船式起重机的运输效率与安全系数。     

基于塔式起重机虚拟样机的起升工况动态分析

塔式起重机机构的频繁启、制动产生的惯性力引起结构振动和货物摆动,是引起塔式起重机疲劳破坏的主要因素,为研究结构振动和货物摆动的影响规律,基于ADAMS软件建立刚柔耦合的塔式起重机虚拟样机,对起升运动进行仿真,得到了结构振动和货物摆动曲线,并与试验数据对比。研究结果表明:在起升运动中,随着起升速度的增加,起升过程产生的动载系数随之增加,结构振动幅值增大,货物最大提升力和摆动幅度增大,达到平稳状态需要的时间也更长。     

闭环输入整形器消除多模态柔性系统残留振荡

输入整形技术能抑制柔性系统的残留振荡,但目前多采用开环控制策略,不能消除由于非零初始状态、参数变化、外界干扰和系统非线性等不确定性因素引起的振荡。对输入整形系统提出闭环控制策略,将输入整形器与振动阻尼器相结合共同抑制多模态柔性系统残留振荡。输入整形器阻止操作命令向系统中注入能量,振动阻尼器阻尼掉由于不确定性因素注入系统中的能量,这两个控制器共同作用能有效消除系统残留振荡。与开环输入整形技术相比,有更强的参数鲁棒性和抗外界干扰能力。将这一控制技术用于起重机模拟试验系统,能有效抑制载荷的残留摆动。     

基于动态变量优化的起重机反摆控制研究

提出了起重机——吊具的双摆振动模型和反摆控制策略，并运用动态变量优化算法计算了系统反摆控制过程的最优控制律。仿真结果表明：这里所提出的双摆振动模型和反摆控制策略，能够快速、有效地实现系统的反摆控制和车轮的定位控制。并且这里反摆控制策略可提高起重机(或小车)的运行速度。     

基于ADAMS集装箱起重机防摇摆柔性系统仿真分析

采用衬套连接的方法在ADAMS软件中模拟了集装箱起重机防摇摆系统中的柔性绳索,运用宏命令实现与滑轮机构的装配,建立了防摇摆柔性系统的虚拟样机。通过动力学仿真,系统地分析了集装箱起重机小车由额定速度到静止过程中吊具及集装箱的运动特性及摆动幅度,真实反映了振动对系统的影响,为防摇摆系统优化提供理论依据。     

考虑弹性结构时桥式起重机防摇控制系统数学建模方法研究

桥式起重机大车运行在考虑弹性结构情况下,起重机主梁会产生垂向变形和横向变形。传统的双质量两自由度系统模型是把桥式起重机的运行机构假象为刚性结构,而横向变形会对防摇控制数学模型的精确性产生影响。分析横向变形对防摇控制模型的影响,建立桥式起重机三个质量三个自由度串联弹性动力学系统振动模型并基于MATLAB进行仿真对比,得到三质量系统下吊重摆角曲线,随后与传统的双质量系统进行比较,得到摆角误差曲线,进行对比分析可得,三质量系统相比双质量系统提高了模型精度。     

《机械工程学报》被EI收录论文目次(2007年第4期)

面向质量目标的尺寸链和统计公差设计方法................................................................................张宇杨慕升李晓沛(1)有限冲击最优时滞滤波器抑制起重机载荷残留摆动................................................................董明晓梅雪松郑康平等(7)线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析......................................................................................陈伟海陈泉柱张建斌等(12)静压气体轴承静刚度的动态测试新方法........................................................…     

时滞滤波器设计及在柔性机械臂控制中的应用

将时滞滤波器技术应用在柔性机械臂残留振荡的控制中，获得了好的控制效果。根据柔性机械臂的数学模型进行时滞滤波器的设计，指出时滞 滤波器实质上是一种零极点对消技术，通过实验验证了时滞滤波器是一种抑制柔性臂残留振荡的有效途径。     

不同参数对塔机吊重摆角和塔身结构振动的影响

针对塔机结构振动特性的研究虽然已取得了丰硕的成果,但是很多文献把塔机结构当作刚性结构来研究,或者未考虑塔机的加速度对吊重摆角的影响,针对塔机在提升与回转耦合运动下结构振动和空间摆角特性研究的文献则更少。针对塔式起重机的非线性运动易引起结构振动的问题,为了探究其运动规律,在塔式起重机提升与回转耦合运动下,对塔机结构的振动特性进行了理论推导和仿真研究。首先,采用运行特性、物理关系和梁挠度理论,提出了一种塔式起重机位移模型(从加速到恒速再到减速);然后,根据拉格朗日和空气阻力理论,推导了塔式起重机的动力学模型;最后,根据实际塔式起重机的结构和运动特点,设计了实验塔机,利用实验塔机搭建了测试平台,通过吊重的空间摆角实验过程验证了耦合运动模型的有效性,研究了不同的提升加速度、回转加速度和初始摆动角度对非线性耦合运动下吊重的空间摆角和塔身振动的影响。研究结果表明：回转加速度对塔身结构振动和空间摆角有显著影响;提升加速度对塔身结构振动和空间摆角的影响很小;当提升加速度为0.01 m/s²时,摆角θ有最小值;当任意初始角度不小于0.2 rad时,初始角度对塔身结构和摆角振动影响较...