QTZ125塔式起重機總體、臂架、變幅機構(gòu)設計【說明書+CAD】

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PD手運動控制著名流行的PD控制器是最簡單的一個反饋控制形式。這是在工業(yè)中用于起重機的控制最常用的反饋方法。它為手動起重機控制器提供了一種現(xiàn)實選擇。圖8.PD的手動運動控制器PD的手運動控制框圖如圖8所示。把魔杖或手套的位置與橋式起重機的位置（忽略的垂直高度差）進行比較，產(chǎn)生誤差信號e。命令發(fā)生器將誤差信號（一個位置測量）轉(zhuǎn)換為速度命令發(fā)送給電機驅(qū)動器。如果是在指定設計范圍內(nèi)的E0和E100，則命令發(fā)生器與E成線性地比例。否則，命令發(fā)生器輸出0%或100%。E0和E100值分別為0.25和1米。這些選擇都是基于起重機操作員舒適的距離。命令發(fā)生器被描述為新!為您提供類似表述，查看示例用法： PD控制律的應用，通過飽和器傳遞結(jié)果確保起重機的速度與加速度不超過限制范圍。請注意，起重機小車的位置，而不是有效載荷，用于反饋。這是因為，在實踐中，檢測小車位置（使用激光測距傳感器）遠比檢測有效載荷更可靠（使用機器視覺）。此外，單擺的有效載荷是一個固有的穩(wěn)定的設備：載荷將在固定式起重機的影響下永遠靜止。因此，對起重機小車正確的最終定位保證了有效載荷的正確的最終定位。1）仿真驗證：一個關(guān)鍵的設計挑戰(zhàn)是PD增益的選擇。計算機模擬構(gòu)造援助增益選擇的過程。手的運動軌跡被指定為等于10噸工業(yè)起重機坡道位置最大的速度（0.3577米/秒）梯度。這近似是一個緩慢的步行速度模仿人類操作員典型的手的運動軌跡。圖9.模擬PD控制器和低收益圖10.模擬PD控制器和高增益圖9和圖10顯示PD手運動控制器分別在低和高的反饋增益下的仿真結(jié)果。這兩個數(shù)字顯示使用PD控制器固有的權(quán)衡：低收益，起重機回應緩慢，但有效載荷振蕩很?。桓呤找?，但以起重機快速移動的大型有效載荷振蕩為代價。2）實驗驗證：手的運動控制系統(tǒng)是在10噸橋式起重機上實現(xiàn)的。由人類操作員生產(chǎn)的棒/手套軌跡類似于那些模擬中用的。斜坡坡度約相當于起重機最大的速度，測試報告的動距離約為2米。圖11.起動和停止時的手部運動控制圖11顯示了操作員使用手部運動控制啟動和停止起重機。開始移動，操作者可以使魔杖/手套的相機遠離起重機一些距離。當起重機接近所需的位置，操作員降低棒/手套到攝像機檢測不到的位置。當相機無法定位魔杖/手套的位置時，E為零。因為魔杖/手套的位置在某些時候可能是未知的，所以“魔杖/手套”的實驗響應曲線會有間斷。圖12.低增益實驗PD控制器圖13.高增益實驗PD控制器圖12和圖13顯示PD手運動控制器使用手套接口分別在低和高的反饋增益下的實驗結(jié)果。實驗數(shù)據(jù)加強了模擬結(jié)果：低收益動作慢但是起重機載荷擺動小，而高收益起重機的動作快，但有效載荷振蕩大。出于安全原因，減少有效載荷振蕩通常比起重機的快速動作，高一個優(yōu)先級。因此，PD手運動控制器實際只應該在低收益時使用。C. PD輸入整形手運動控制B部分證明了使用PD手運動控制器的固有弱點（低和高收益之間的權(quán)衡）。然而，性能可通過修改命令信號形狀以減少振蕩的輸入整形器得到改善。圖14.PD輸入整形手的運動控制器圖14顯示的新控制框圖，表明在飽和器和起重機塊之間插入了輸入整形器。1）輸入整形：輸入整形是一種技術(shù)，通過適當?shù)厮茉烀罱档腿嵝韵到y(tǒng)殘留振動。通過卷積的基線輸入命令完成一系列的沖動，稱為輸入整形器。結(jié)果是一個可降低殘余振動的形狀命令。為了確定輸入整形器的脈沖振幅和時間位置，設計必須滿足一定的約束。主要的設計約束是由成型機引起振動的振幅極限。從一個欠阻尼二階系統(tǒng)的序列中n的正常百分比殘余振動（PRV）振幅如 31 。P RV = V (, ) = etnC (, )2 + S(, )2 C (, ) =Aieti cos(ti1 2 )(3)i=1 S(, ) =Aieti sin(ti1 2 )(4)i=1是系統(tǒng)的固有頻率，是阻尼比，Ai和ti分別為脈沖的振幅和時間。方程（2）給出了輸入整形和不輸入整形的振動比率。殘余振動幅值約束可以由設置（2）固有頻率和阻尼比小于或等于一個可接受的水平的殘余振動模型形成 32 。最簡單的零振動（ZV）成型機，振動耐受量為零。這個結(jié)果在一個成型器的形式 31 ， 33 。2）仿真和實驗驗證：高增益PD反饋和ZV輸入整形器相結(jié)合的目標是獲得起重機的快速響應和低振幅的有效載荷振蕩。在本節(jié)中手運動控制器采用高PD增益（與B部分相同）以快速移動起重機小車，結(jié)合ZV輸入整形器消除有效載荷振蕩。圖15.模擬PD輸入整形控制器圖16.輸入整形控制器與PD的實驗圖15和圖16分別顯示了控制器模擬和實驗的反應。實驗數(shù)據(jù)通過使用手套接口獲得。顯然，起重機的響應速度很快，但有效載荷振蕩非常小。此外，在輸入整形器的上升時間的滯后不太明顯了。起重機在輸入整形或不輸入整形的情況下幾乎以相同的速度響應。因此，由于輸入整形器消除了載荷擺動這個版本的手運動控制器可自由使用高PD增益。算子的研究本節(jié)介紹了下垂控制與手運動控制操作效率比較的結(jié)果。每一項研究中，我們的目標是盡可能快而不與障礙物碰撞地從開始到結(jié)束移動有效載荷（即起重機吊鉤）。A. PD手運動控制圖17.俯視的障礙1障礙訓練場的俯視圖如圖17所示。開始區(qū)和結(jié)束區(qū)分別由矩形和圓形表示。障礙安排到這樣的程度最快的路徑所需的對角起重機動作（同時移動兩臺車橋軸）。十二個新手運營商使用以下控制接口完成障礙過程：1）標準按鈕下垂；2）低PD增益和無輸入整形的棒控制（記著，PD手運動控制器必須使用低收益實現(xiàn)，避免大幅度有效載荷振蕩）。圖18.障礙1完成時間圖18顯示了每個操作過程的完成時間。使用下垂平均完成時間為97 s，使用魔杖的平均完成時間僅為46秒，改進了53%。一個單向重復測量的方差分析（ANOVA）測試表明，改善完成時間有統(tǒng)計學意義（F = 17.67；P = 0.00148）。圖19.障礙1碰撞圖19顯示了每個試驗過程中地塊發(fā)生碰撞的次數(shù)。采用下垂控制，所有運營商遭受至少一個碰撞，碰撞的平均數(shù)為5.1個。使用魔杖控制，碰撞的平均數(shù)僅為0.92，改善了81%。一個單向重復測量的方差分析測試表明，碰撞的還原有統(tǒng)計學意義（F = 19.81；P = 0.00098）。B. PD ZV整形手運動控制這項研究中使用的障礙物。圖20.俯視的障礙2如圖20所示。開始區(qū)和結(jié)束區(qū)分別由矩形和圓形表示。十個新手運營商使用以下控制接口完成障礙過程：1）標準的下垂控制；2）高PD增益和ZV輸入整形手套控制；3）高PD增益和ZV輸入整形棒控制。圖21.示例性障礙2的有效載荷的響應圖21顯示了一個操作員使用吊燈和手套的典型載荷響應的俯視圖。而使用下垂，使用手套，顯著降低了有效載荷擺動和允許操作者更有效地移動載荷。圖22.障礙2完成時間圖22顯示了每個操作過程的完成時間。使用下垂平均完成時間為77 s，使用手套平均完成時間為24（比下垂超過68.8%的改善）使用的魔杖是30秒（61%改進比下垂）。一個單向重復測量的方差分析測試結(jié)果表明，三種控制方法的完成時間差異有統(tǒng)計學意義（F = 63.88；P 0。0001）。圖基的95%置信區(qū)間試驗表明下垂和魔杖之間（P0。0001）、下垂和手套之間（P0。0001）有一個顯著差異。然而，魔杖和手套之間無顯著性差異（P = 0.46）。圖23.障礙2碰撞圖23顯示了每個試驗過程中地塊發(fā)生碰撞的次數(shù)。采用下垂控制，許多運營商的有效載荷與障礙物相撞。碰撞的平均數(shù)為0.9個。然而，所有的運營商能夠使用手套和魔杖避開障礙物，對應于100%的改善超過下垂。一個單向重復測量的方差分析測試表明，使用三種控制方法的碰撞數(shù)（F = 10.57；P = 0.00092）差異有統(tǒng)計學意義。圖基的95%置信區(qū)間試驗表明下垂和魔杖之間（P = 0.0024）、下垂和手套之間（P = 0.0024）有一個顯著差異結(jié)論根據(jù)操作者的手的運動起重機控制器成功地安裝在一個工業(yè)橋式起重機。起重機軌道安裝攝像頭的手持裝置（棒或手套）的位置，是由運營商通過所需的軌跡移動的。起重機跟隨魔杖/手套。對三種類型的控制器進行了研究：1）標準的下垂控制（基線比較）；2）PD手運動控制；3）PD輸入整形手運動控制。在兩個算子研究的基礎上，起重機通過了障礙。第一項研究表明，PD控制使用魔杖完成時間提高了53%并且躲避障礙比標準的下垂控制具有81%的改善。第二項研究，將下垂控制和PD和輸入整形手運動控制進行了比較。使用魔杖和手套，與下垂控制相比，運營商表現(xiàn)出更好的60%改進的完成時間和100%改進的避免障礙。