機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--三維橋式起重機的建模與控制 中文版【優(yōu)秀】

美國機械工程師協(xié)會期刊動力系統(tǒng)測量與控制雜志 1998年12月三維橋式起重機的建模與控制水源大學(xué)機械工程學(xué)系 是基于新定義的雙自由度擺角建立的。此模型描述了起重機同時行進橫動和吊裝運動，以及由此產(chǎn)生的負荷擺動。本文提出了一種能夠減弱震動的反搖擺控制方案，此方案是建立在線性化動態(tài)模型穩(wěn)定平衡的基礎(chǔ)上。這個方案不僅能夠保證迅速的阻尼負荷擺動，而且能夠保證對起重機吊裝位置的精確控制，同時根據(jù)實際的行進橫動和緩慢的吊裝動作來確定起重機的負荷量，并且本文給出了實 證。1. 橋式起重機 于工 上運 重 。 是，起重機的 速 運動，這 是會 起不 負荷擺動， 速度 大 的負荷擺動 大。負 的 起 負荷擺動 重。這 不 ¡的負荷擺動¢ £¥§荷“，« 生fi。起，橋式起重機工作時， 負 的· 位置¶于 能的”，并 起重»的度保不¿緩慢 化。 學(xué)´了種方式來控制負荷擺動。起重機系統(tǒng)的 ¯量本上于系統(tǒng)的產(chǎn)出量，這 ¨ 的控制¸ 雜化。 起重機的控制對起重機運動的控制，對負 提 的控制以及對負荷擺動的制。和 1979 了一個 時 控制的¸ ，這個¸ 是于在 速的 和 時 的Æ §，起重機速度ª 的 。981)Ø提出控制是º穩(wěn)定 于負 的擺動力。1985)提出來一種 控制運 ，這種 的 是æ 的 荷擺動 1987) 了一種反 控制 ，這種控制 來源于根 。995)Ø提出ø線性控制運 ，它建立在一種ß 動方 的基礎(chǔ)上，這種方 在負 量 大于起重機量時才 ¥。1996)討論了起重機提 重 時，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性¸ 。997)提出反搖擺控制 ，這種方 既保證了負荷擺動的快速減弱，又保證了對起重機位置的精確控制。所 上述研究的重點是對二維橋式起重機的控制，這種起重機 能進行行走和 起動作。然而，在大多數(shù)工廠和倉庫，三維橋式起重機 。1988)創(chuàng)£了一種三維橋式起重機的動力學(xué)模型，這種模型建立在球面坐標 1970年和格林伍德，1988年 基礎(chǔ)上。然后他們 了一種依靠起重機 來控制的方 ，這種方 是以依照預(yù)期 的動力學(xué)模型線性模型是 互聯(lián)系的，并且它的參數(shù) 于起重機的 ，這讓與控制 的 和 ¨雜。這 控制 是負荷擺動，因此，這 控制在起重機的工作中£了很多的位置誤差。文中提出了對三維橋式起重機的建模及控制的實際 方案，文章還面講述了在建模與控制中的負荷擺動， 起動作及負 起重¸ 。首先，文中精確的 釋了與起重機行走 的新雙向自由擺角¸ ，以及三維橋式起重機的后文章提出了一個于起重機的新的ø線性動態(tài)模型，這個模型以新的擺角就 當于一個具 靈活風(fēng)格的三 節(jié)機器Ø。次，這個新的動態(tài)模型圍繞豎直方向的穩(wěn)定平衡來進行線性化。然后由此產(chǎn)生的動態(tài)模型是與起重機的行走與橫動 互均衡的，并且模型的參數(shù)與起重機的 無，值¨注的是，這 ¨控制¸ 單化。根據(jù)這個 論，文章提出了一個新的減弱反擺角控制方案，此方案保證了對起重機位置及重 起的精確控制，還保證了負 擺動的快速減弱，這是起重機運行，穿 和緩慢起重動作的實例。文章的余 排如§。第二部ª 說明的是，三維橋式起重機的ø線性動態(tài)模型是建立在新的雙向自由度旋角之上。第三部ª的說明中，ø線性動態(tài)模型 線性化了，然后文中 過 系統(tǒng)進行修正，依靠根 了一個新的減弱反擺動控制方案，并¨到了程序控制的方 。第四部ª中，這個減弱控制方案致力于對三維橋式起重機原型的性能評估。第五部ª，這項研究¨到一 論。坐標的定義1表示三維橋式起重機及負 的坐標系。坐標系中個移動的坐標系的起點是固定坐標系中的(x, y, 0)點。移動坐標系的每一個軸都與固定坐標系中 對 的軸平行。義它在 中沒 表示出來。這個點沿著梁向且梁和是負 在 方向上的旋角，它一共 兩個部ª 重機 重 1三維橋式起重機的坐標系負 在固定坐標系中的位置由方程 1 2 3 定中。本次研究的目的是控制起重機和負 的運動，因此X, Y ,L,坐標系確定的。重機系統(tǒng)的運動方程是利 拉格朗日方程推到出來的(970)。在本項研究中，負 認群，而繩子的量和硬度是忽略的。動能，而勢能， 以§方程 中進 ,Y 橫動 ,L 起落度 是由起重機量和回轉(zhuǎn)件的¥量組，比如 動機， 。m，g，量，重力 速度和速度。是由§面方程 定拉格朗日和 利的 數(shù)義y，,L 的 阻尼系數(shù)。起重機系統(tǒng)的運動方程由 L, F ¯拉格朗日方程推 出來的，中ª別與之 的是 義坐標中的X, Y ,L,此 f x，f y，f Y ,力。由于上述的擺角性，三維橋式起重機的動態(tài)模型 以§點當三維起重機的動態(tài)模型 以 化ee et 1997) ，它沿著 當時，如此。這個動態(tài)模型 當于一個具 靈活方式的三 節(jié)機器Ø(991). 說，動態(tài)模型 ( 9 )13 ) 以由§面 向量表示中 態(tài)向量q， 動力向量f，重力向量g q ，還 減 定和5 × 5對 A / Q 以很 由q ¨到，當，是確定的。5 × 5 利 力 C(q, q)，它¡¢，這能£。 在本節(jié)中，一個新的反擺動控制方案 提出。首先，ø線性動力學(xué)模型 線性化，次對繩子度不 的¥實，文中 了一個新的減弱反搖擺控制方案，第三，一個立的繩子度控制器 出來，它 與§方 同時 “«。 后， 過慢慢 繩的度來ª式起重機的 大 速度是于重力 速度的，而且當起重機工作時繩子的度是保不 ¿慢慢 的。此次研究認 例子很于擺動，當x，y，時，它和三角 數(shù) ，ø線性模型中的¶ 以忽略。然后ø線性模型 (9) - (13)以 化的線性模型這種線性動態(tài)模型，運行動態(tài) 15 和 16 ，橫動態(tài) 17 和 18 ，和立· 的動態(tài)負 19 。這種直行和橫動是 并且均衡的，這說明對三維橋式起重機的控制 以轉(zhuǎn) 同負 提能力的二維橋式起重機的控制。這項研究還 了反搖擺控制 ，這種方于同時控制直行和橫動動作。同時研究還依據(jù)負 提 力 19 了繩度的控制方 。度的反搖擺控制 本節(jié)中，一個二維橋式起重機控制器的新 方 提出，這種方 是基于線性模型的基礎(chǔ)上，利 了 和根 的方 。這種方 以不負 量·制(1987 u et 1995)。系統(tǒng)的 。在實中，由于起重機是由 ¶控制器的”動機來控制 中的力 以忽略 ，所以 動力f 以忽略，因和梁的動力，速度值 是他們的100。因此，在實際Æ 中，u t正比，對于轉(zhuǎn) ¶控制器的 ¯， 如§式這 。然后，動態(tài)模型(15) 和 (16) 以 這 首先，是 系統(tǒng)中起重機動力的¿ 。于是 中確定的新的 ¯量，然后起重機的動力 以 拉 以¨到式 24 以¨到§面的轉(zhuǎn) 數(shù)中 數(shù)，而V(s 和U s ª別是次，速度 ¶控制器s 在Gt s 基礎(chǔ)上 過 方式 的。第一， 數(shù)s 是 過 式s =進行 修¯ (et 1992)¨到，然后¨出 論，s 是由式s =s /Gt s ¨出中v 大，控制的穩(wěn)定性 。 是 會 致¨ 原件產(chǎn)生¸。 2是速度 ¶系統(tǒng)的示 。 以¨出速度 ¶系統(tǒng)的 數(shù)s 此 系統(tǒng)的參 ¯。起重機的 動器 時是 速度 ¶系統(tǒng)控制，而不是 ¶控制器。這種 方 (et 1997)很 。 速度 ¶控制器 起重機 動力2速度 ¶系統(tǒng)示 位置 ¶系統(tǒng)。 3系統(tǒng)的示 這 的s 是位置 ¶控制器，s 是速度 ¶控制器，Dv s 是速度 L/S，它 起重機的速度ª轉(zhuǎn) ，起重機»的 就是一個速度 的例子。正如上述，s 的 是基于 修¯方 。 數(shù)s =s s /s 這 p « s 的 。位置 ¶控制器是由s =s /s ¨到¨出 論， 數(shù)s 是由§面式¨到這 ，他們是位置 ¶3位置 ¶系統(tǒng)示 控制系統(tǒng) 。 4表示的是面控制系統(tǒng)示 ，它由位置¶系統(tǒng)s ，負 擺動力Gl s ，反擺動控制器K(s)。Gl s 由式 22 ¨到這 。K(s)的 是基于s 和Gl s 根 的基礎(chǔ)上。面控制系統(tǒng)的根 的推 如 5所示， 過 K(s)的 點和 點 在´ 的位置，然后¨出K(s)這 0。s/的目的是s 中的 /s。然后，當K(s)的 出直 轉(zhuǎn) 系統(tǒng)s 的 ¯時，K(s)就了一個 后¿ 。這 擺角和起重機的動作就 以單控制。5表示的是面控制系統(tǒng)的根 ，中L= 1 m, a 的 之 就在于能夠由根 定。 面控制系統(tǒng)就很穩(wěn)定。然而，由于線性系統(tǒng)中，ø線性 動力會 忽略，所以 致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 控制系統(tǒng)的性能 以 數(shù)來ª個 數(shù)在 4中 示每一個 ¯量和 出量。 數(shù)中L = 1 m ， 的控制§中Gc s 由§面式定義正如預(yù)的 ， 了 ¢的 減， 數(shù)Gc s 的 點都很穩(wěn)定。因此, 數(shù) 33 36 是這 。在 X/ 了 的ª能力。/控制， 穩(wěn)定 態(tài)的擺角在 點。根據(jù)X/v, 穩(wěn)定 態(tài)的起重機位置不會到 Ø 的º，并且，穩(wěn)定 態(tài)的擺角 不會 的 線º。5面控制系統(tǒng)的根 擺動 控制繩度緩慢 化?；诶K度保不 的Æ ， 學(xué) ¢ 了一種新的 反擺動控制 。然而，在實中，繩的度在起重機 起負 時， 時 進行緩慢 化，所以，這個實際Æ 進æ。一個繩子度 ¶控制器。起重機 動力，負 提 力 以 中動裝置的轉(zhuǎn) ¶控制器的 ¯，而。正如上面所說， 首先 ¿ ， 說，上面式中的 的中，然后，負 提 力 裝置的 是 同的，因此繩度 ¶控制系統(tǒng)很 的 ， 以 照起重機位置 ¶控制系統(tǒng)來 。· 動裝置 時是 過速度 ¶控制器來控制，而不是 力 ¶控制器， et (1997)提出的 方 就很 。§緩慢 繩度。速度和位置 ¶控制§度立確定。然而，角度§n， ¯以 繩度。在這項研究中，§能º 對繩度的 定了是º´格。 說，每一個繩度L，都 與之 對 的，n，們 于¯ø控制系統(tǒng)的根 ，并且角度§), 和 是 過線ß´ ¨的。他們是繩度，因此，他們 與繩度的實時控制。繩度緩 的穩(wěn)定性ª 力是與起重機運動及負 擺動 互立的，所以繩的度 是單控制的。于是，如 繩度緩慢 化時， 4中的面控制系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的， 起重機的控制系統(tǒng) 是穩(wěn)定的。當 0時， 4中的面控制系統(tǒng) 以由§面的 形式表達中 1 態(tài)矢量，A t 是的N X ，n 是面控制系統(tǒng)的 點數(shù)量。本項研究中，角度§), 和 于實時控制，以此 對繩度的緩慢 化。然后每次t 0，系統(tǒng) A t 都 阻尼的穩(wěn)定征值 點 。系統(tǒng) A t 是一個于繩度的 數(shù)，所以，當繩度 L 緩慢 化時， 數(shù)À t 在緩慢 化。當| L| 和| À(t | , 和一個 范的A t 都¢夠時， 以利 個定理的內(nèi) 是 系統(tǒng)是漸漸穩(wěn)定的，而且穩(wěn)定范圍 以由A t 和À t 的征值的 數(shù)來確定 1963年和1969年 。 § 是三維橋式起重機原型的原理示 。中梁向動裝置在梁上向 裝置提起負 上§移動。，2 ¶，它移動的 大 速度和速度ª別s，s ，s。440x= 480 kg/s , 480 N/V, 在 10y=40kg/s,0N/V。 起重機由三個 流 ¶”機來 動。行進和橫動 動裝置由速度 ¶控制器控制。像 中所Æ示的， 兩個精密的位置感器，還 裝了一個角度感器來測量 1中的新的擺角數(shù)據(jù)。這個角度感器在1997年 中 詳細說明。主控制器 的 機系統(tǒng)。以£模ß到數(shù)字，和數(shù)字到模ß，還 數(shù)字 ¯ 出板。一個實時操作系統(tǒng) 于主控制器。 4æ 負荷 擺動實 ß定的 控制方案 ¢ 于控制起重機同時進行行進，橫動，吊裝動作，以 美的性能評估。 4中的面控制系統(tǒng) 過 ¶控制§ l = 和角度§ ) = ) = d(L) = ，立 與每一個行進，穿 動作，這 數(shù)是度的緩慢 。· 控制裝置“ 了一個速度 ¶控制器，所以，位置 ¶控制程序 由et (1997)提出 以控制提 過程中的繩度。由此產(chǎn)生的部控制 都在由主控制員實施的20 毫秒“周期中執(zhí)行 過了。7和 8ª別負 擺動和 大負 擺動的實 。當起重機速行進4 ，橫動2 時，繩度 £ 速§到 理想的起重機位置 ，是 過¯´自由角度速度概 (1979) ¨的，它是基于平均繩度¨出的。理想的繩度 是立產(chǎn)生的。 示的 速度是 過位置信號編碼器 ª，并利 濾波器， ¨圓 。 注的是， 速度的測量不控制。 8æ 負荷 大擺動實 7和 8表明 æ的負荷擺動對起重機動作的º僅僅停留在æ 的三秒鐘。反擺動控制器K(s)盡量把負 擺動和因此產(chǎn)生的起重機 速度，所以，起重機的理想 是行進與橫動動作 一秒的延遲。然而，繩度的控制是與負 擺動及起重機動作 互立的。穩(wěn)定 態(tài)位置誤差部并且負 擺動在起重機達到理想 兩秒鐘后 “。這 論與 數(shù) (33) - (36 是一致的，這 數(shù)的 點都 著¢夠的阻尼 減。我們 以 過觀察 中的速度與 速度來詳細了 起重機的動作。文中提出的控制方 在起重機同時行進，橫動，緩慢吊裝時的表 堪 美。學(xué)們還在多種不同 態(tài)§做了額由于存在負 ¿ (23)，在負 £5千克§ 到30千克時，起重機的控制性能沒 到º。即 æ 負 擺動達到了15度，這種執(zhí)行方案 能夠保起重機的穩(wěn)定性能。 別注的是，種吊裝速度和方式都 ¢付諸實 ，我們 以 ，在 的吊裝速度及模式§，§方都能 的工作。5. 論這項研究中，一個新的三維橋式起重機的ø線性動力學(xué)模型產(chǎn)生，它建立在兩個自由度 旋轉(zhuǎn)角定義基礎(chǔ)上。新的動態(tài)模型 當于一個三連桿柔性機器Ø，還 著 靈活的運行方式。因次，這種靈活鏈 機器Ø的控制方以很 的 到控制三維橋式起重機之中。當新的動態(tài)模型線性化之后，它能夠控制起重機進行 和均衡的行進，橫動動作， 就是讓三維橋式起重機轉(zhuǎn) 過這一 ， 學(xué) 了一種新的控制 令來控制三維橋式起重機，這種控制是 過 ，根 ，§的方 實 。理論和實 表明，以上¨出的控制方 既 以保證起重機符´快速阻尼擺動， 以保證精確控制起重機位置和繩度，因 的瞬時º ， 以根據(jù)實際Æ 來同時控制行進，橫動，和緩慢的吊裝動作。這種控制方 負 量，æ 負 擺動，緩慢提 動作的º很。因此，本研究中提出的新的動態(tài)模型和控制方案很 于工 。致謝這項研究是由ª感謝這 支，ø 感謝