桥式起重机定位和消摆的非线性优化PID控制研究

为了提高桥式起重机有效防摆、快速消摆的能力和工作效率,以桥式起重机的定位和消摆控制为研究对象,在分析了桥式起重机小车运行物理模型的基础上,根据拉格朗日方程建立了桥式起重机运动的非线性数学模型。针对桥式起重机模型的非线性和不确定性,提出了一种基于非线性优化PID控制器的桥式起重机消摆控制方法。该方法采用基于非线性优化双闭环结构PID控制器,其内环为摆角环实现消摆,外环为位置环实现位置准停。由仿真结果可知,基于非线性优化PID控制器可以在位置很小的超调下迅速达到指定位置,同时消除摆动,较好的实现了控制目标。与常规PID控制器相比,位置环和摆角环非线性优化PID控制器取得了较好的消摆效果,响应速度快,稳态精度更高,并且当吊重质量和绳长发生改变时,系统仍有较强的鲁棒性。     

基于数字孪生的桥式起重机自主运行系统研究

为了提高桥式起重机的智能化水平和数字化水平,借助数字孪生技术,对一桥式起重机的安全自主运行系统进行了仿真和实验研究。首先,采用数字孪生思想构建了起重机自主运行系统整体架构,根据桥式起重机的实际运行情况,采用四模型(即虚拟模型、物理动力学模型、行为控制模型和规则计算模型)的方法,构建了起重机的孪生模型;然后,在起重机孪生实验平台上进行了起重机路径规划和大小车轨迹跟踪仿真实验,采用了变论域模糊PID控制器,对起重机大小车轨迹跟踪进行了控制;最后,对该数字孪生系统进行了互联互通实物验证实验。研究结果表明：在起重机数字孪生系统中可以同步进行虚拟仿真和实物实验;在起重机大小车轨迹跟踪实验中,使用所提变论域模糊PID控制方法时,大车跟踪误差在±7 cm内,小车跟踪误差可达±6 cm,表明该控制方法的先进性;同时,该系统初步达成数字孪生技术虚实同步、虚实融合、虚实对照的目标,并且具有良好的三维可视化效果,可为推动机电装备的数字化进程提供一种思路。     

基于联合仿真的桥式起重机吊重动态特性分析与消摆控制研究

针对桥式起重机工作过程中存在的因负载摆动,而导致工作效率低、安全风险大的问题,为了掌握影响摆角的关键因素,通过MATLAB/Simulink、SolidWorks和ADAMS软件联合仿真,对吊重系统进行了动态特性分析,得出了初始摆角、绳长变化、运行速度等对摆角变化的影响因素。为安全平稳控制桥吊,设计了基于模糊自适应的PID控制器;基于模糊自适应控制的联合仿真,对比和分析了所设计控制器与常规PID控制器在系统摆角抑制上的效果;为进一步检验设计控制器的消摆效果,按照桥式起重机真实结构,搭建了桥吊防摆控制实验平台,对其进行了验证。研究结果表明:所设计的控制器在位置控制和摆角控制上均较常规PID控制提前4 s,控制精度和鲁棒性也较常规PID有所提升。     

起重机智能防摆控制技术探讨

起重机智能控制和安全生产最重要的就是要求实现起重机小车精确定位和负载消摆同步控制,针对起重机快速定位和负载摆动问题,在充分分析国内外研究现状的基础上,着力弥补现有控制方案存在的缺陷,提出新的控制方案,实现起重机的智能防摆控制.     

核废料数控起重机精确定位与消摆研究

核废料库数控桥式起重机由于工作环境内的放射性危害,需要在库房外对其进行自动控制,这种方法能够避免操作人员受到核辐射,但要将固化桶精确转运至储存井上方和消摆却相当困难。传统核级起重机的自动控制方式只考虑实现高精度定位,消摆则是依靠喇叭型防摆机构或自然消摆。为简化起重机设计及尽量减少辐射场内的电子元器件,在分析桥式起重机物理模型的基础上将预优化起重机运动规律与位置PID控制相结合,实现自控起重机的精确定位和到位消除固化桶摆动。实验结果表明该方法能够在不降低作业效率的前提下,满足核废料数控起重机对精确定位及到位消摆的控制要求。     

基于AVBN建模的桥式起重机负载运动轨迹规划

针对目前大部分桥式起重机还处于手动操作与半自动化工作状态这一情况,将机器人路径规划技术引入到桥式起重机负载运动的轨迹规划中,优化的负载运动轨迹作为起重机的控制目标,实现起重机的自动化智能转载。依据桥式起重机的运动控制特性,将转载场地三维空间信息转化为二维栅格地图,在二维栅格地图的基础上建立了转载场地AVBN模型,并利用最优竞争机制遗传算法对负载的运动轨迹进行优化,通过仿真验证了模型和算法的可行性。     

基于模糊自适应PID控制器的桥式起重机定位与防摆控制研究

随着工业的发展,对起重机的智能化程度的要求越来越高,很多学者对桥式起重机的智能定位和防摆控制方法进行了研究,以提高起重机的作业效率。针对起重机模型的非线性和不确定性,设计了基于模糊自适应PID控制器的起重机定位和防摆方法,利用两个模糊自适应PID控制器分别对小车的位置和负载的摆角进行控制。其中,位置模糊自适应PID控制器是以参考位置与实际输出位置差以及位置差变化率为控制对象对位置和速度进行有效的控制;防摆模糊自适应控制器则是通过控制负载的摆角及摆角的变化率来消除负载的摆角,仿真与实验结果都表明该方法的可行性。     

基于广义预测控制PID算法的桥式起重机吊钩防摆控制器设计

针对桥式起重机在运输过程中吊物产生的游摆问题,提出了一种基于广义预测控制律的PID控制器参数离线整定算法。该算法利用最小二乘法去拟合针对桥式起重机防摆问题所设计的广义预测控制律;并由此得到PID控制器的三个待整定参数。仿真和实时控制试验表明,这种离线整定的PID控制器在桥式起重机吊钩防摆控制中能够获得满意的控制效果。     

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TMS320F2812的桥式起重机示教控制系统

设计了基于TMS320F2812DSP的桥式起重机示教控制系统,给出了硬件电路,分析了示教控制策略,开发了单神经元算法伺服程序和示教控制软件。运行试验表明,该系统能够完成桥式起重机的示教控制任务,为智能化控制提供了1种新思路和可行性方案。