欧阳壮[1]2000年在《桥式起重机结构振动主动控制技术应用的研究》文中研究指明本文以20/5t桥式起重机的主梁——钢丝绳绕组——货物系统为受控对象，应用振动主动控制的基本理论对主梁在货物被突然起升或下降制动状况下引起振动加以有效控制，并通过MATLAB语言平台编制的仿真软件加以验证。事实证明，采用振动主动控制技术，可以有效抑制主梁的振动。本课题目的是应用振动主动控制技术以主梁振动控制为事例，说明振动主动控制可以应用在起重机结构的振动控制中，为振动主动控制技术在起重机结构振动方面的应用作了研究，为其在本专业的发展做知识准备。
牛聪民[2]2012年在《桥式起重机机电系统动力学和控制的统一建模及其在负载升降过程分析中的应用》文中指出电动起重机是一种广泛用于冶金厂、机械制造厂、电站、港口、铁路等国民经济各部门的搬运设备,是在现代化生产、运输和国民经济建设和发展过程中发挥重要作用的、不可或缺的设备。正确地量化电动起重机系统在工作过程中的动力行为是起重机设计中至关重要的事情,是改进起重机控制和工作性能,保证电动起重机安全、可靠和经济性的关键。起重机概率设计和寿命设计是正在积极探索中的起重机设计方法,其中,必须解决的重要问题之一则是可以得到能够正确地反映工作过程中起重机组成元件或构件危险截面所受应力的时间历程。动力建模是获取这些应力时间历程的必要手段,因此,迫切需要构建能够更真实、更本质地反映起重机作业过程的动力学模型。基于电动起重机是机电耦合系统的认识,本文提出了考虑工作机构、金属结构、负载、电机及其驱动系统之间耦合效应的三维电动起重机机电系统动力学和控制统一建模的思想。在这个统一的三维动力模型中,不再需要事先假定电机的电磁扭矩或电机转子的转速,工作过程中起重机系统的动力响应可以在系统机电能量的交互过程中自然而然地确定,从而可以更真实地量化电动起重机中驱动机构运动的电动机的电磁扭矩时间历程以及起重机组成元件和构件的动力响应。这种方法在已公开发表的电动起重机动力学和控制的文献中还未见报道过。本文以转子串电阻调速系统和变频调速系统控制的单小车电动桥式起重机为例,提出了用于表达电动桥式起重机不同工作过程的负载-机构-结构系统的修正拉格朗日函数,以及应用起重机设计理论、分析力学、结构动力学、机械动力学、电机分析及其控制理论构建工作过程中的三维电动起重机机电系统动力学和控制统一模型的一般方法。这种方法不仅适合于电动起重机械,也可以推广到其它电动机械的机电系统动力学和控制的统一建模中。本文对由转子串电阻调速系统控制的、起升机构配置单机械制动器的32t桥式起重机吊运起升负载的全速上升过程,重载和半载全速下降过程,以及配置双机械制动器的32t桥式起重机的起升机构在双制动器作用下的异常制动过程和一个制动器失效情况下的异常制动过程进行了数值模拟。详细分析了这些动力过程中起重机系统的动力特点,讨论了正常负载升降过程中起重机司机的操作、电气控制方案、机电系统参数以及双制动器起升机构异常制动过程中机械制动器方案、负载大小、制动开始时负载的位置和起升速度等因素对起重机系统动力行为的影响。本文充分展示了电动起重机起升机构正常工作过程中的系统动态响应对司机操作非常敏感的特征和起升机构的起动过程中,尤其是,重物的下降制动过程中,电机的电磁扭矩和起升机构高速轴扭矩出现大幅度震荡的特点,以及起重机机电系统动力学和控制统一建模的必要性。发现：(1)降低司机的操作速度并不能导致系统动态响应峰值和幅值的单调减小；(2)对起重机自身而言,起升机构低速运行情况下发生的异常制动并不一定就比高速运行情况下的异常制动更安全；(3)对于配置双机械制动器的起升机构来说,为确保双制动器冗余功能的安全实施,一个机械制动器失效时发生的异常制动应该是设计过程中必须重视的一个重要工况。
谢绪秒[3]2014年在《基于光滑整形技术实现柔性系统振动抑制研究》文中提出许多机械系统带有柔性机构，如起重机、机械臂和航天器伸出机构等，这些机构可以归结为具有刚性模态的柔性系统。振动伴随着柔性机构的工作，严重影响着机械的定位精确性、安全性和工作效率。本论文的研究目的是寻求一种能够有效抑制柔性机构振动的方法。光滑函数是常用的抑制振动方法，但它仅简单使用光滑函数的低通滤波特性来抑制振动，而没有使用机械系统已知的固有特性。本文提出的光滑整形技术充分利用机械系统已知的固有特性设计控制器，以保证经过控制器处理后的输入指令与机械运动过程最优匹配。该技术是一种开环控制技术，输入指令经过控制器光滑整形后得到光滑指令，驱动柔性机械系统运动可以将振动抑制到最小。本文基于光滑整形技术，设计了零振动指令光滑器和有限振幅指令光滑器。基于光滑整形技术所设计的光滑器具有较好的鲁棒性和较短的上升时间两个关键的技术指标，是在保证振动抑制性能要求基础上工作效率最优的设计方案。本文提出的光滑整形技术具有以下技术特点：有效抑制复杂多模态机械系统振动；不需要对末端位置的振动状态进行在线检测；不干扰人操作过程；对系统参数不敏感范围宽；整形后指令光滑，驱动平稳性好，有利于执行器跟踪实现。本论文对双摆系统分布质量负载的扭转动力学进行了开创性的研究，分析了系统参数对摆动和扭转动力学的影响。给出了抑制负载扭转的原理，提出使用本文所设计的零振动指令光滑器对负载的摆动和扭转进行抑制。该研究得出的一些结论对以后的研究具有参考价值。
韩学峰[4]2018年在《桥式起重机起升机构动力效应的分析与研究》文中研究说明随着经济的飞速发展,在信息技术方面取得了突破性的进展,制造业也逐渐向轻量化、智能化、绿色化和节能减排的方向发展。起重机械在实际使用过程中,频繁的起(制)动导致机构承受一定的冲击和振动,造成由柔性件组成的弹性系统发生弹性振动,从而导致起重机维修频率高、寿命减少等问题。本文主要以桥式起重机起升机构为研究对象,依据起升机构频繁的起动和制动的工作特性,研究了起升机构在各种工况下,不同调速方式对起重机的影响。首先,对桥式起重机串电阻调速方式与变频调速方式的原理和机械特性进行了详细的表述;其次,通过机械动力学理论介绍起升机构动力学模型和振动微分方程的建立方法,以及求解方法;然后,对起重机起升机构在重物上升起动、上升制动、下降制动等工况下进行分析,从而建立符合实际工况的多自由度系统的动力学微分方程并分析其它因素对动载特性的影响;最后,利用Matlab/Simulink仿真得出在两种调速方式下的弹性动载系数曲线。由此看出,采用变频调速方式可以大幅减小起升机构中的弹性动载系数,从而改善其工作性能,延长使用寿命。充分验证了变频调速控制系统比串电阻调速控制系统更符合在桥式起重机的设计,从而寻求出更适合起重机械的调速方式。有力地推动了起重机设计和制造技术的进步,具有一定的工程应用意义。
钟斌[5]2007年在《基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究》文中进行了进一步梳理起重机的小车和吊重之间一般采用柔性钢绳联结，由于大、小车和吊重存在惯性，小车或大车的运行使吊重产生摇摆，不利于起重机快速对位。一般吊重防摇的被动控制较主动控制容易实现。吊重防摇、减摇的型式一般有机械式、液压油缸式、钢丝绳索式、机械电子式和智能电子式，文中的研究重点在液压油缸式和智能电子式减摇系统。对起重机吊重系统的动力学分析是解决起重机快速对位问题的基础。文中由桥式起重机建立了起重机吊重系统动力学方程，并在线性简化的基础上得出吊重二自由度摆角模型。仿真结果表明：吊重的起升绳长和大、小车运行的加(减)速度是影响吊重摆角的主要因素，其中大、小车运行加(减)速度对摆角的影响较绳长对摆角的影响显著：起重机的大车和小车运行对吊重摇摆的影响效果是相同的。液压油缸式减摇系统在集装箱起重机中应用较多，为了能更好地为液压减摇系统的工程设计提供理论依据和指导，文中根据液压减摇系统的结构特点和小车吊重系统的运动特点对液压油缸式减摇系统在工程适用范围内建立了动力学方程，对减摇系统进行了动力学分析，模拟实际工况进行了动态仿真，结果表明：吊重摆角按指数形式衰减，影响减摇系统减摇效果的因素有减摇系统的结构参数、起升质量、起升绳长和起升速度。对于具体的液压减摇系统，在最佳结构参数载荷比范围或匹配起升质量时，可以得到良好的减摇效果。一般通过相应的传感器实时采集小车位置和速度、吊重摆角和摆角角速度以及小车驱动力等状态变量信息，并提供给防摇控制系统。考虑到吊重摆角等变量现场测量的难度和成本，文中针对电压控制小车驱动电机的小车吊重动力学系统，通过设置全状态观测器或降维观测器对相关变量进行现场观测，即重构状态变量空间，从而将相关变量的估计信息提供给防摇控制系统。通过采集小车位置信息可以设置全状态观测器对包括小车位置在内的所有状态变量进行观测：通过采集小车位置和速度信息可以设置降维观测器对吊重摆角、摆角角速度和驱动力进行观测。观测器的相应状态变量的观测时间与小车吊重系统动力学参数、观测器的极点和相应状态变量的初始值有关。在给定系统动力学参数和相应状态变量的初始条件下可以绘制观测器极点与对应状态变量的观测时间关系曲线，为了使观测器精确重构状态变量空间并具有良好的动态特性，可以将观测器的极点配置在复平面负实轴上和该曲线的平缓变化区域。由小车吊重开环系统动力学特性和开环系统的极点在复平面的分布形态，开环系统本身是不稳定的。通过引入状态反馈增益调节器构成闭环控制系统，其中状态变量信息由传感器现场采集或观测器观测所得。采用极点配置法(极点位移法)，通过考虑控制系统复平面上一对闭环主导极点，控制系统的其余极点可以配置在离这对主导极点左侧较远处，用类似二阶系统性能分析方法获得反馈控制器的增益调节参数，通过调节参数配置反馈控制系统的极点为期望极点，从而使吊重的摆动能在小车的目标位置和期望时间衰减为零。当反馈控制系统引入状态观测器时，要求观测器对状态变量的观测速度比反馈控制器对状态变量的调节速度快。文中进行了观测器和反馈控制器的设计，仿真结果表明在小车目标位置、指定调节误差范围内吊重摆角能在期望的时间衰减为零，各状态变量均有良好的动态响应特性，说明了观测器和控制器设计的合理性和有效性。起重机现代智能电子吊重防摇控制系统的物理实现须建立在现代电子电路设计基础上。文中对起重机快速对位的实现提出基于控制器局域网(CAN)总线形式的数字信号处理(DSP)控制系统，合理设计了CAN总线控制系统的智能节点电路，对吊重摆角的三角形测量方法给出了具体实施方案。这些关键技术的解决是吊重防摇控制理论和方法进一步物理实现的前期工作。
刘小庆[6]2005年在《基于PLC控制的变频调速在桥式起重机中的应用》文中研究表明桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备,在企业生产活动中应用广泛作用显著,因此对于提高桥式起重机的运行效率,确保运行的安全可靠性,降低物料搬运成本是十分重要。传统的桥式起重控制系统主要采用继电器接触器进行控制,采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速,这种控制系统存在可靠性差,操作复杂,故障率高。电能浪费大,效率低等缺点。因此对桥式起重机控制系统进行研究具有现实意义,也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。 本文针对桥式起重机控制系统中存在的上述问题,把可编程序控制器和变频器应用于桥式起重机控制系统上,并进行了较深入的研究。 1.根据桥式起重机的运行特点,桥式起重机控制系统采用工业触摸屏监控起重机变频调速系统,该系统主要由上位机(工业触摸屏系统)、下位机(PLC控制系统)、变频调速系统等组成。 2.组态软件作为用户可定制功能的软件平台工具,利用其良好的人机界面和通信能力,在PC机上可开发出友好人机界面,下载至工业触摸屏中,使工作人员可以实现变频器的参数设置、电机的启动和停止同时可实现系统故障报警。 3.PLC系统采用SIEMENS公司产品,能控制起重机大车、小车的运行方向和速度换档;吊钩的升、降方向及速度换档,同时能检测各个电机故障现象并送往工业触摸屏进行显示,减小了传统继电—接触式控制系统的中间环节。减少了硬件和控制线,极大提高了系统的稳定性,可靠性。 4.为了更加有效的防止重物下滑,在桥式起重机起升机构各加上一套由旋转编码器、PG数模转换和PLC相结合的闭环系统,使主副吊钩拖动更加稳定、可靠。实验结果表明,采用该控制系统,使桥式起重机工作可靠,使用方便,同时具有动态显示的功能,节能效果好明显。
卢志强[7]2009年在《桥式起重机智能控制器的设计与防摆研究》文中提出桥式起重机作为一种运载工具,广泛应用于各种工业场合。由于起重机自身结构的原因,负载在吊运过程中不可避免产生摆动。以往起重机是由操作者手动控制,一般是等待重物的摆动自然衰减后再进行就位操作,这种消极的消除摆动方式是以降低生产效率为代价的。本文设计了起重机主动防摆控制系统,将防摆和小车的运行控制结合起来考虑,它对起重机快速、安全的运行具有重要意义。对起重机吊重系统的动力学分析是解决起重机快速对位问题的基础。根据起重机物理模型,应用理论力学的基本方法,运用拉格朗日方程建立了起重机吊重系统动力学方程,并在线性简化的基础上得出吊重二自由度摆角模型。本文结合变频调速技术,设计了以S7-200型PLC为核心的起重机防摆控制系统。变频调速技术在起重机中的应用,极大地提高了起重机控制系统的稳定性和可靠性。PLC以可靠性高、使用灵活、维护工作量少等突出优点在工业领域得到了广泛的应用。研究和仿真结果表明,采用常规PID控制方法对桥式起重机吊重防摆进行控制具有一定的局限性。本文应用模糊控制机理,提出了基于模糊控制的起重机防摆控制器。该方法将起重机防摆和定位控制分开设计,采用位置模糊控制器和角度模糊控制器两个控制器实现起重机的准确定位和防摆。降低了运算时间、提高了控制效率。借助MATLAB中的Simulink Fuzzy工具箱对所设计的方案进行仿真分析。结果表明,本文所设计的模糊控制器具有良好的控制性能,在速度和位移的跟踪上优于前者,鲁棒性强,不受外界扰动的影响,是一种较为理想的控制方法。针对模糊控制中存在的位置静差和角度幅值偏大问题,本文进而提出了采用模糊自整定PID控制器来消除位置偏差和改善摆角控制。仿真和实验结果显示该方法可以消除系统静差,减小摆角,缩短系统响应时间,抗干扰能力强。
张良明[8]2011年在《桥式起重机虚拟样机与动力学仿真研究》文中研究表明科学技术的发展,经济全球化的趋势,制造行业在迎来发展契机的同时,业内的竞争也愈发激烈。起重机械产品广泛应用于国民经济建设的诸多领域,优胜劣汰,能够在激烈的竞争中生存并发展的企业,都是不断致力于改革设计模式、优化产品质量。市场瞬息万变,传统的物理样机设计模式耗费大量的时间、金钱及人力资源,已经不能满足市场经济的需要,虚拟样机技术本身的技术优势使得它被越来越多的制造企业所采用,它可以使企业更少的投入,更大的产出。在起重机械研制过程中引入虚拟样机技术可以在虚拟环境下真实地模拟起重机的现实工况,得到可靠的试验数据,来指导现实产品的设计与制造。虚拟样机技术大大改良了制造企业的产品设计模式,缩短了研发周期、缩减了资金投入、优化了产品设计。虚拟样机技术在产品设计领域有着广泛的应用前景。本文的主要研究内容有:(1)对虚拟样机技术的概念、特点与发展现状作了综述,另外还重点介绍了国内外起重机虚拟样机的研究现状;(2)以QD50t型桥式起重机为研究对象,在PRO/ Engineer中建立其三维实体模型,依照实际工况对其添加运动及约束关系;(3)重点研究了起重机的运动学及动力学特征,对于起升机构、小车运行机构、大车运行机构的启制动过程作了分析;(4)在ADAMS仿真环境中,实现了吊重在起升机构、小车运行机构及大车运行机构联合作用下的运动仿真,得到了有效的试验数据。可以看到,虚拟样机技术运用于起重机的结构设计是行之有效的,它是设计经济、可靠、稳定的起重机产品的有力的工具和实现方法。
张胜增[9]2016年在《基于自适应HJI滑模理论的三维桥式起重机控制研究》文中进行了进一步梳理桥式起重机作为现代化生产的重要设备,主要用于装卸和搬运货物,提高劳动生产率。作为一种欠驱动非线性系统,桥式起重机的系统自由度大于独立控制变量个数,这使得系统控制研究十分困难。不理想的控制律以及外界干扰将导致负载的摆动,从而引起控制不精确,严重时甚至威胁施工人员的安全。因此,设计一种兼顾高效性及安全性的控制律对桥式起重机而言至关重要。实际工程中,由于执行器的限制,控制律的大小通常有一定的限制,过大的控制值难以实现,即存在控制输入饱和问题。另外,吊重的摆动一直是桥式起重机作业过程中人们关注的重点,由于存在建模不确定性以及外界扰动,吊重的大幅摆动不仅会降低吊装的定位精度,增加作业的危险性。因此,控制输入饱和及提高控制系统的鲁棒性是本文所要解决的问题。本文针对三维桥式这类复杂的欠驱动系统,设计了一种基于RBF神经网络补偿的自适应跟踪控制器。该控制器不仅可以实现台车三维空间的准确定位,而且有效地抑制负载传送过程中产生的摆动,同时消除负载的残余摆动。本文充分考虑了外部干扰及控制输入饱和问题,采用RBF神经网络对进而对其补偿,提高了系统的鲁棒性,解决了控制输入受限的问题。最后利用HJI不等式及Lyapunov函数证明了该控制律的渐近稳定性。实验结果表明了本文所提出的控制器具有良好的控制性能。综上所述,RBF神经网络与HJI滑模理论的结合有效地解决了三维桥式起重机控制输入受限及鲁棒性问题。为进一步提高控制精度及消除摆动,高阶滑模控制理论正被许多学者应用于起重机的控制设计中。二阶滑模控制量在时间上是连续的,这既消除了系统抖振,又不降低系统鲁棒性,是一种有潜力的控制方案。
但堂咏[10]2005年在《岸边桥式起重机智能防摇控制机理研究》文中研究说明影响集装箱岸边桥式起重机装卸效率的因素很多,但其中一个非常重要的因素是小车到达目标位置停止时,货载不能立即停下来,即会不停的“摇摆”。为了提高装卸效率,人们研究了众多的“防摇”方法,譬如:机械、液压以及电子防摇,其中机械与液压方式大多因外围设备太多,结构复杂,可靠性差,维修保养工作量大且价格昂贵而逐步被电子防摇所取代。目前在电子防摇研制方面,能够应用于实际的基本上是国外产品。集装箱岸桥装卸系统为一个带有惯性的非线性时变不确定系统,用经典控制方法难以实现系统的有效控制,因此传统的控制方法是采用自动加手动的控制模式,在该种控制模式下操作员的操作熟练程度将直接影响到装卸效率。如果有一种控制系统既能全自动控制,又能模仿熟练操作工的控制模式,那么装卸效率将有大幅度的提高,而模糊智能控制系统就具有这种功能。 本论文的研究遵循:首先对岸桥小车及货载的运行工况进行了分析,接着对防摇的机理进行研究并通过多次的物理试验加以验证,取得了较好的效果,最后对岸桥智能电子防摇系统进行了设计与研制工作。 本论文的撰写遵循:首先对整个智能电子防摇系统的研究意义、国内外研究动态以及本论文的主要工作作了介绍,接着介绍了防摇理论基础(模糊逻辑、模糊控制、计算机视觉测量及在防摇中的应用等),然后对岸桥运行状态下小车及货载的工况进行了分析,最后对集装箱岸桥智能电子防摇系统的实现进行了设计。 本论文的研究内容有: 1.模糊智能控制防摇机理的研究; 2.模糊控制算法研究; 3.抓斗和集装箱摆动的数学模型研究; 4.岸桥智能电子防摇系统的研制; 5.小车钢丝绳偏摆角及角加速度的测量研究; 本文设计的智能电子防摇系统具有可行性、实用性、先进性和新颖性,其优点表现在: 1.有效地解决集装箱岸桥装卸定位过程中吊具的摇摆问题,实验表明其控制效
参考文献：
[1]. 桥式起重机结构振动主动控制技术应用的研究[D]. 欧阳壮. 大连理工大学. 2000
[2]. 桥式起重机机电系统动力学和控制的统一建模及其在负载升降过程分析中的应用[D]. 牛聪民. 大连理工大学. 2012
[3]. 基于光滑整形技术实现柔性系统振动抑制研究[D]. 谢绪秒. 北京理工大学. 2014
[4]. 桥式起重机起升机构动力效应的分析与研究[D]. 韩学峰. 太原科技大学. 2018
[5]. 基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究[D]. 钟斌. 西南交通大学. 2007
[6]. 基于PLC控制的变频调速在桥式起重机中的应用[D]. 刘小庆. 武汉科技大学. 2005
[7]. 桥式起重机智能控制器的设计与防摆研究[D]. 卢志强. 华东交通大学. 2009
[8]. 桥式起重机虚拟样机与动力学仿真研究[D]. 张良明. 浙江工业大学. 2011
[9]. 基于自适应HJI滑模理论的三维桥式起重机控制研究[D]. 张胜增. 浙江工业大学. 2016
[10]. 岸边桥式起重机智能防摇控制机理研究[D]. 但堂咏. 武汉理工大学. 2005
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