回转起重机吊重摆振的动力学模型与控制

为研究回转起重机回转作业中吊重的摆振特性,寻求抑制吊重摆振的控制方法,将回转起重机工作装置等效为开链机械手的形式,采用机器人动力学方法建立吊重摆振的动力学模型,提出了基于最优调节器理论的控制方案用以抑制回转作业中的吊重摆振.该方案通过1个切换开关将2个最优调节器结合起来分别控制吊重在回转运动中的切向摆振和到达目标位置后的摆振.研究结果表明,该控制方案可以实现吊重在回转运动中摆振最小,在到达目标位置后迅速静止的控制目的,具有良好的摆振抑制效果.     

全地面起重机塔臂工况吊重摆振特性研究

为了提高全地面起重机塔臂工况吊装定位精度及作业效率,有必要对回转运动中吊重摆振特性进行研究.基于机器人动力学理论,将全地面起重机等效成串联开链机器人系统,运用牛顿-欧拉正向递推公式,建立吊重摆振动力学方程,对吊重摆振特性进行计算机仿真.研究结果表明回转过程产生的惯性力和离心力导致吊重在空间产生复杂的振动,启动加速时间、吊重绳长及工作幅度对吊重偏摆角大小有重要影响.所得结论可为全地面起重机结构设计提供参考.     

输入整形法在旋转起重机消摆控制中的应用

针对旋转起重机在作业中由于惯性力、离心力和外界干扰的存在,吊重会产生摆动,从而影响生产效率,增加安全隐患的问题,将输入整形技术应用到起重机的消摆中.首先,对旋转起重机进行分析,建立了旋转起重机数学模型,得出了动力学方程;然后阐述了输入整形法的消摆原理;最后,利用Matlab中RTW模块构建半实物仿真实验平台,以旋转起重机样机为实验对象,设计了零振荡(ZV)输入整形器,把输入整形算法应用到抑制吊重残余摆动中.通过整形前后吊重在平面内摆角的比较,发现ZV法有效地抑制了吊重在起重机运行结束后的残余摆动,能够将摆动抑制到整形前的10％左右.研究结果表明,输入整形法在旋转起重机消摆问题上能够起到良好的效果,且易于实现,具有一定的工程价值.     

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。     

液压履带起重机工作装置的机器人动力学模型

建立了液压履带起重机工作装置的机器人动力学模型 ,该模型能够反映起重机进行回转、变幅和起升作业时 ,工作装置和吊重的动态行为。采用机器人动力学方法推导出系统的动力学方程 ,并用数值方法加以求解。最后 ,利用计算机仿真的方法 ,对起重机回转运动和变幅运动进行了仿真     

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。     

桥式起重机吊重Fuzzy-LQR防摆控制器的设计

桥式起重机大小车联合运动可以提高作业效率,在其吊重防摆控制中加入大车运动更具工程意义。针对桥式起重机防摆定位控制具有非线性、强耦合、不确定等特点,设计Fuzzy-LQR控制吊重摆动。根据Lagrange方程建立三维动力学模型并在大小车运动方向对其进行解耦;通过信息融合技术将模糊控制器的多输入进行降维处理,解决模糊规则爆炸问题,结合LQR控制原理搭建Simulink仿真模型。选用CXTD16t-19.5m双梁桥式起重机进行仿真模拟,结果表明:运用Fuzzy-LQR分别控制解耦后的大小车运动或者大小车联合运动都能达到防摆定位的目的。     

起重机带载行驶状态下吊重摆振冲击系数研究

基于第二类拉格朗日方法建立了伸缩臂履带起重机直线行驶时吊重摆振的非线性动力学模型,分析了不同加速度及吊重绳长对吊重摆角的影响,求解出不同加速度下钢丝绳的拉力,给出了由吊重摆振引起的水平惯性力冲击系数及垂直惯性力冲击系数。分析结果为起重机设计时由吊重摆振引起的载荷计算提供参考。     

一种新型柔性自动补偿式五连杆组合臂架系统

四连杆组合臂架结构历史悠久,广泛应用于起重装卸领域。现有技术的结构形式为钢丝绳在组合臂架结构头部绕过共轴线的多个滑轮后绳中心线共面下垂连接吊重。吊重在起重机工作过程中受变幅、回转加减速等因素影响,摆动严重。现阶段港口日趋发展,对吊重装卸过程中的平稳性要求日益提高。针对上述问题,创造性的设计一种新型柔性自动补偿式五连杆组合臂架系统,在四连杆之外添加一段刚性杆和一段柔性补偿钢丝绳索,将共轴线的出绳滑轮变为同一水平面非共轴线空间布置,实现钢丝绳末端空间立体交错斜拉吊重,为抑制货物摆动提供水平力,达到防摇目的,实现变幅、回转等工况下吊重的平稳性。系统中的刚性杆和柔性补偿绳索跟随系统自身的运动而运动,无需额外添加任何动力。为起重机新型连杆式组合臂架系统设计提供新技术,并为已制四连杆组合臂架结构起重机提供了安全、经济的改造新方案。以40t-37m港口装卸用门座式起重机传统四连杆组合臂架系统模型改造计算给出实例,MATLAB遗传算法求解出最优解,验证了该技术的实用性。     

三维桥式起重机分层滑模轨迹跟踪防摆控制

针对欠驱动四自由度三维桥式起重机的吊重摆动控制问题,设计了一种分层滑模轨迹跟踪防摆控制器。首先为大、小车和吊重分别选择了一条目标轨迹,然后设计分层滑模控制器来使系统状态跟踪选定的轨迹,在理论上证明了控制系统的渐进稳定性,并进行了仿真验证。仿真结果表明,大小车可快速准确地到达目标位置,且吊重摆角被抑制在很小的范围内,能快速收敛到零。当吊重质量变化、吊绳长度变化或有大的初始摆角时,所设计的控制器仍具良好的控制性能和较强的鲁棒性。     

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...     

确定起重机合理回转速度的原则与方法

起重机运行实践表明,回转速度合理与否,直接影响起重机的运行安全;为此从设计源头出发,分析吊重物体运动平稳性和整机动稳定性入手,建立回转速度与吊重偏摆角、整机倾翻力矩增量的2种数学模型,经分析与实例计算,提出了确定合理回转速度的方法,其计算值与实际值相吻合,对初步设计有指导意义.     

基于加速度计的起重机吊重摆角测算方法研究

吊重摆角是起重机智能电子式防摇系统的重要输入参数之一。为了避免当今市场上摆角测量方法在具体使用中的一些限制,文章研究利用加速度计分别测量小车、吊重所受的加速度,并通过两次积分后的差值,来计算小车和吊重的水平位置偏差,再利用该偏差值和吊绳长度来计算吊重的摆角。     

汽车起重机动力学分析与吊运回转策略寻优

以汽车起重机为研究对象,以吊运回转策略寻优为目标建立汽车起重机动力学模型。利用两方向摆角实测数据与模型Simulink仿真结果进行比对,印证理论分析模型的正确性。基于所建立动力学模型,以实测数据拟合为基础,针对不同的吊运回转曲线策略(等加速曲线、三角函数S曲线,以及五次多项式拟合曲线)进行横向比对分析,并对S曲线和五次多项式进行四阶-五阶Runge-Kutta法插值计算,研究结果表明采用五次多项式的吊运回转策略可使回转吊运过程吊重摆角达到最小。     

基于MEMS微加速度计的无视觉传感器防摇控制系统研究

通过建立起重机吊重摆动的数学模型,明确吊重摆角与小车运行加减速之间的关系,并将MEMS微加速度计应用到起重机的防摇控制中,建立闭环控制系统,适时根据吊重摆角大小修正小车速度指令,实现防摇控制。实验证明,这种方法简单、经济,不需要安装视觉传感器测量吊重摆角,可以有效地消除载荷的摇动。     

桥式起重机运行过程中的消摆控制

针对桥式起重机工作过程中由于偏吊、风载或控制不当引起的2阶段加减速[1]法无法消除的吊重摆动,通过建立起重机吊重摆角非惯性系模型、根据能量守恒定律推导了小车运行过程中如何通过梯形速度变换来防摇的策略,并使用Matlab拟合简化了算式,提出了具体的防摇策略.将该策略使用小车——吊重系统动力学模型进行仿真,证明该策略有效.     

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。     

起重机变幅运动吊重防摆控制研究

针对起重机变幅运动过程中吊重摆动造成的就位精度差、工作效率低和作业不安全等问题,提出了一种误差渐进补偿控制方法,以减小吊重摆动。在分析误差渐进补偿控制原理的基础上,设计了误差渐进补偿控制器。采用变补偿系数控制方法,在实现吊绳摆角渐进减小的同时满足了变幅加速度和液压泵排量的要求。运用MATLAB软件对系统进行仿真,仿真结果表明,对于不同的绳长和臂架长度,误差渐进补偿控制具有良好的鲁棒性和控制精度,在起重机开始制动后,吊绳摆角在10s内减小到了0.003rad以下。     

基于零力矩点理论的汽车起重机稳定性研究

针对汽车起重机稳定性问题,提出了一种基于零力矩点(ZMP)理论的汽车起重机最大起重量计算方法和防倾覆检测方法。首先,建立了汽车起重机的力学模型,得到了其零力矩点坐标的求解公式;为了提高理论模型的准确性,运用拉格朗日方程建立了回转运动时起重机吊重摇摆的微分方程;其次,利用ZMP理论分析了汽车起重机的稳定性,得到了起重机的最大起重量,并通过实验验证了ZMP理论的可靠性;分析了吊重摆动、变幅运动和回转运动对最大起重量的影响;最后,提出了一种基于ZMP理论的汽车起重机防倾覆检测方法。研究结果表明：稳定性指数Smoment数值越接近1,起重机倾覆可能性越大,作业越危险;在相同的变幅角度,回转角度位于90°和270°时,即吊臂在正侧方作业时,危险性最大;而吊臂作业在支腿附近时,危险性最小。     

从摩擦补偿看门式起重机定位和防摆控制

起重机对自动控制技术的要求越来越高,而在作业过程中如何有效的防止吊重摆动对安全作业起着决定性的作用。不仅如此,对防摆控制的研究同时有利于精确定位的实现。尤其是门式起重机,作为现代起重机中适用性最强、利用率最高的起重机,所以对其定位与防摆控制的研究更应加以重视。所以,本文将从摩擦补偿理念出发对门式起重机的定位和防摆控制加以研究和论述。