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.     

一种直接基于摆角约束的欠驱动桥式吊车轨迹规划方法

针对非线性桥式吊车系统,本文提出了一种新颖的基于摆角约束的轨迹规划方法.为了提高运送过程的效率和安全性,论文设计了期望轨迹以实现如下优点: 1)使台车很快到达目标位置; 2)将负载摆角抑制到可接受的范围之内; 3)当负载在目标位置停止时无残余摆动.具体而言,所设计的轨迹由三个阶段构成,每一阶段均根据抗摆和零残余摆角的要求来构造摆角曲线,在此基础上,利用桥式吊车的非线性运动学方程分析得到台车轨迹.论文引入了一种优化机制对运送时间,最大摆角等指标进行折衷考虑.文中通过仿真和实验结果表明了所设计的直接基于摆角约束的轨迹规划方法的性能.     

基于伪谱法的双摆吊车时间最优消摆轨迹规划策略

在工业生产过程中,桥式吊车系统经常会体现出双摆系统的特性,导致更多欠驱动状态量的出现,增大控制难度.基于此,论文提出了一种针对双摆桥式吊车系统的时间最优轨迹规划方法,可以得到全局时间最优且具有消摆能力的轨迹.具体而言,为方便地构造以时间为代价函数的优化问题,首先对系统运动学模型进行相应的变换;在此基础上,考虑包括两级摆角及台车速度和加速度上限值在内的多种约束,构造出相应的优化问题;然后,利用高斯伪谱法(Gauss-pseudospectral method, GPM)将该带约束的优化问题转化为更易于求解的非线性规划问题,且在转化过程中,可以非常方便地考虑轨迹约束.求解该非线性规划问题,即可得到时间最优的台车轨迹.不同于已有的大多数方法,该方法可获得全局时间最优的结果.最后,通过仿真与实验结果验证了这种时间最优轨迹规划方法具有满意的控制性能.     

一种直接基于摆角约束的欠驱动桥式吊车轨迹规划方法（英文）

This paper proposes a novel swing constraint-based trajectory planning method for nonlinear overhead crane systems.To enhance the efficiency and security of the transportation process, some desired trajectories are designed to achieve the following merits: 1) leading the trolley to reach the destination sufficiently fast; 2) keeping the payload swing in an acceptable domain;3) eliminating the residue swing when the trolley stops at the desired position. Specifically, the trajectories are divided into three stages. For each stage, the desired curve of the swing angle is directly constructed in accordance with anti-swing and zero-residual swing requirements, based on which the trolley trajectory is then obtained by analyzing the nonlinear kinematics of the crane system.An optimization mechanism is introduced to make intelligent compromises among the indices of transportation time, maximal swing angle, and so on. Both simulation and experimental results are provided to demonstrate the performance of the proposed direct swing constraint-based trajectory planning method.     

基于MEMS的吊车系统摆角无线测量

提出并实现一种基于微机电系统(MEMS)的吊车系统摆角无线测量方案。测量系统包含2套具有无线通信功能的基于MEMS的航姿参考系统(AHRS)模块,一套安装在吊车本体用于检测吊车本体的空间姿态,另一套安装于吊钩用于检测负载的空间姿态,以吊车本体姿态为基准校核负载的空间姿态,计算得到负载相对吊车本体的空间摆角。对提出的吊车系统摆角测量技术搭建了实验装置进行验证,实验模块集成Zig Bee无线通信和基于MEMS的AHRS。实验结果表明:装置能够有效实现吊车系统摆角的有效测量。     

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...     

双摆旋转起重机轨迹生成

虽然起重机系统的荷载摆动呈现出双摆特性比单摆特性更加接近于实际生产,但是,在这种情况下,系统特性分析和控制器的设计难度将大大增加.为此,本文提出一种基于S型曲线轨迹生成法实现旋转起重机两级残留摆角的抑制.首先根据拉格朗日运动方程推导出双摆旋转起重机的数学模型,再采用干扰观测器对该模型中的摩擦项、各子系统之间的耦合项进行补偿从而获得线性模型.由于各子系统中的一、二级摆角仍然是耦合的,因此采用模态分析对其进一步简化从而获得各自子系统的线性解耦模型.其次,分别为各子系统设计S型曲线轨迹,相关参数可通过求解代数方程获得.最后,数值仿真验证该方法的有效性.     

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.     

基于吊车一双摆系统的可拓控制仿真研究

在现有的可拓控制器的结构及算法基础上提出了一种基于最优控制理论的改进的可拓控制算法(LQR-EC),并应用于吊车一双摆这一单入多出系统.借助MATLAB仿真平台对其控制效果进行仿真研究.结果表明,LQR-EC算法具有原理简单、响应快速稳定等特点.     

基于动力学约束的机械臂最优关节轨迹规划

本文提出了基于机械臂关节驱动力矩约束方程规划其关节最优运动轨迹的一种有效方法.该方法运用矩阵范数理论简化机械臂的动力学约束方程;在机械臂的关节空间内采用归一化的无因次量运用非线性规划法优化其运动轨迹.将所规划的无因次量轨迹方程作为机械臂产生实际运动轨迹的发生器,通过给定机械臂各运动段的起始和终止关节坐标,由系统的动力学约束方程计算出整个运动段所允许的最短运行时间,即生成所期望的运动轨迹.本文的轨迹规划方法计算效率高,可用于在线轨迹规划,文中通过算例证实了该方法的实用性.     

基于角点检测的激光显微切割轨迹规划

为提高激光显微切割系统大面积切割精度,设计了一种基于角点检测的切割轨迹规划方法。研究型值点选取对轨迹规划的影响,改进了曲率尺度空间(CSS)角点检测算法,构建了基于角点和电机转向点的自动B样条轨迹规划方法,结合移动系统数学模型及电机约束参数优化,给出了无累积误差及加速度突变的系统误差补偿控制策略。仿真与实验结果表明:所提方法精度优于等比例轨迹规划算法,具有二阶连续性,运算效率高等优势,且无累计误差。方法适用于无特定曲线模型,且对精度要求较高的轨迹规划领域。     

基于非线性PID的吊车防摆定位控制

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象，采用非线性PID控制器进行定位和防摆控制。仿真实验结果表明，系统具有良好的动态、静态特性和强的鲁棒性。     

基于粗集理论的吊车摆控制研究

在对具有很强非线性特性的吊车摆系统进行实时采样的基础上,建立原始数据表。应用粗集理论强大的数据处理和规则约简能力并结合遗传算法,产生控制规则。设计粗糙控制器对系统进行控制,给出了实验结果和结论。另外还对常见的规则约简算法的约简结果进行了比较分析。     

吊车防摆技术的研究

本文介绍了为消除吊车在吊运货物时引起的摆动进行的实验研究。实验方法都有各自的优缺点和所适用的场所、环境。证明了最优调节器防摆、模糊控制防摆和自适应防摆等都有良好的防摆效果。     

带有完整约束的双吊车系统输入整形控制

作为一种重要的物料运输工具,桥式吊车在各类工业场景中发挥着举足轻重的作用.然而随着负载体积/质量的增大,很多时候不得不使用两台吊车来协同运送负载.目前对于这类双吊车系统的防摆研究仍然较少.本文针对这一情况,率先提出了一种输入整形控制方法.具体来说,首先分析了双吊车系统中存在的完整约束,通过对系统模型的合理简化,在不失准确性的情况下获得了台车位移与负载姿态角之间的近似动力学关系.在此基础上,求取出系统真实的振荡周期并设计出了合适的输入整形器.该整形器能够在不影响台车定位的情况下,充分抑制负载的摆动,并且对系统参数不确定性具有良好的鲁棒性.仿真和实验结果也证明了这一点.     

基于模糊自适应PID控制的吊车防摆定位系统

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象，采用模糊自适应PID控制器进行定位和防摆控制。仿真实验结果表明，系统具有良好的动态、静态特性和较强的鲁棒性。     

基于卡尔曼滤波器的吊车消摆定位滑模控制

为解决持续和大幅值突变两种不同类型的外部扰动对欠驱动吊车工作的影响,同时考虑了系统噪声和量测噪声,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器和滑模控制结合的复合控制方案.该控制方案先利用扩展卡尔曼滤波器估计吊车系统真实状态量的变化,减少干扰对系统的影响,达到减小滑模控制中切换增益的目的,有效抑制滑模控制中的抖振现象,再结合滑模控制进...