基于吊重防搖控制的起重機快速對位關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、起重機的小車和吊重之間一般采用柔性鋼繩聯(lián)結(jié)，由于大、小車和吊重存在慣性，小車或大車的運行使吊重產(chǎn)生搖擺，不利于起重機快速對位。一般吊重防搖的被動控制較主動控制容易實現(xiàn)。吊重防搖、減搖的型式一般有機械式、液壓油缸式、鋼絲繩索式、機械電子式和智能電子式。 本文的研究重點在液壓油缸式和智能電子式減搖系統(tǒng)。對起重機吊重系統(tǒng)的動力學(xué)分析是解決起重機快速對位問題的基礎(chǔ)。文中由橋式起重機建立了起重機吊重系統(tǒng)動力學(xué)方程，并在線性簡化的基礎(chǔ)上得出

2、吊重二自由度擺角模型。仿真結(jié)果表明：吊重的起升繩長和大、小車運行的加(減)速度是影響吊重擺角的主要因素，其中大、小車運行加(減)速度對擺角的影響較繩長對擺角的影響顯著；起重機的大車和小車運行對吊重搖擺的影響效果是相同的。液壓油缸式減搖系統(tǒng)在集裝箱起重機中應(yīng)用較多，為了能更好地為液壓減搖系統(tǒng)的工程設(shè)計提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，文中根據(jù)液壓減搖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和小車吊重系統(tǒng)的運動特點對液壓油缸式減搖系統(tǒng)在工程適用范圍內(nèi)建立了動力學(xué)方程，對減搖系統(tǒng)進

3、行了動力學(xué)分析，模擬實際工況進行了動態(tài)仿真，結(jié)果表明：吊重擺角按指數(shù)形式衰減，影響減搖系統(tǒng)減搖效果的因素有減搖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、起升質(zhì)量、起升繩長和起升速度。對于具體的液壓減搖系統(tǒng)，在最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)載荷比范圍或匹配起升質(zhì)量時，可以得到良好的減搖效果。一般通過相應(yīng)的傳感器實時采集小車位置和速度、吊重擺角和擺角角速度以及小車驅(qū)動力等狀態(tài)變量信息，并提供給防搖控制系統(tǒng)?？紤]到吊重擺角等變量現(xiàn)場測量的難度和成本，文中針對電壓控制小車驅(qū)動電機的小車吊

4、重動力學(xué)系統(tǒng)，通過設(shè)置全狀態(tài)觀測器或降維觀測器對相關(guān)變量進行現(xiàn)場觀測，即重構(gòu)狀態(tài)變量空間，從而將相關(guān)變量的估計信息提供給防搖控制系統(tǒng)。通過采集小車位置信息可以設(shè)置全狀態(tài)觀測器對包括小車位置在內(nèi)的所有狀態(tài)變量進行觀測；通過采集小車位置和速度信息可以設(shè)置降維觀測器對吊重擺角、擺角角速度和驅(qū)動力進行觀測。觀測器的相應(yīng)狀態(tài)變量的觀測時間與小車吊重系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)、觀測器的極點和相應(yīng)狀態(tài)變量的初始值有關(guān)。在給定系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)和相應(yīng)狀態(tài)變量的初始條件

5、下可以繪制觀測器極點與對應(yīng)狀態(tài)變量的觀測時間關(guān)系曲線，為了使觀測器精確重構(gòu)狀態(tài)變量空間并具有良好的動態(tài)特性，可以將觀測器的極點配置在復(fù)平面負實軸上和該曲線的平緩變化區(qū)域。由小車吊重開環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)特性和開環(huán)系統(tǒng)的極點在復(fù)平面的分布形態(tài)，開環(huán)系統(tǒng)本身是不穩(wěn)定的。通過引入狀態(tài)反饋增益調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中狀態(tài)變量信息由傳感器現(xiàn)場采集或觀測器觀測所得。采用極點配置法(極點位移法)，通過考慮控制系統(tǒng)復(fù)平面上一對閉環(huán)主導(dǎo)極點，控制系統(tǒng)的其余極

6、點可以配置在離這對主導(dǎo)極點左側(cè)較遠處，用類似二階系統(tǒng)性能分析方法獲得反饋控制器的增益調(diào)節(jié)參數(shù)，通過調(diào)節(jié)參數(shù)配置反饋控制系統(tǒng)的極點為期望極點，從而使吊重的擺動能在小車的目標(biāo)位置和期望時間衰減為零。當(dāng)反饋控制系統(tǒng)引入狀態(tài)觀測器時，要求觀測器對狀態(tài)變量的觀測速度比反饋控制器對狀態(tài)變量的調(diào)節(jié)速度快。文中進行了觀測器和反饋控制器的設(shè)計，仿真結(jié)果表明在小車目標(biāo)位置、指定調(diào)節(jié)誤差范圍內(nèi)吊重擺角能在期望的時間衰減為零，各狀態(tài)變量均有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，