塔式吊車,是一類典型的欠驅(qū)動機械系統(tǒng),欠驅(qū)動系統(tǒng)是指一類獨立控制變量個數(shù)少于自由度個數(shù)的系統(tǒng),同完全驅(qū)動系統(tǒng)相比,欠驅(qū)動系統(tǒng)因其獨立控制變量的減少使得需要的執(zhí)行元件數(shù)量減少,使得控制系統(tǒng)的設(shè)計成本下降、靈活度更強。傳統(tǒng)的人力操控有很大的局限性,在運行中存在不確定性和系統(tǒng)誤差,因此,急需一種安全有效的自動控制策略代替人工操控,提高系統(tǒng)的工作效率和安全性、準(zhǔn)確性,提高系統(tǒng)運行的性價比。本文以雙擺型塔式吊車為研究對象,結(jié)合工程生產(chǎn)作業(yè)的實際情況,提出了適合欠驅(qū)動塔式吊車系統(tǒng)的多種穩(wěn)定控制策略。本論文主要完成了以下工作:第一,對論文課題的來源、背景和意義進(jìn)行介紹,對國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)于欠驅(qū)動吊車系統(tǒng)的研究進(jìn)行了回顧總結(jié)。對塔式吊車現(xiàn)有控制策略進(jìn)行優(yōu)缺點分析,最后依據(jù)現(xiàn)有控制領(lǐng)域的不足,提出了本文所涉及的控制算法研究。第二,利用歐拉-拉格朗日建模法,對雙擺型塔式吊車進(jìn)行建模并建立其動力學(xué)方程;針對塔式吊車的運行安全操作規(guī)范,對塔式吊車運行過程進(jìn)行分解,建立起塔吊小車沿懸臂運行的動力學(xué)方程并解析出其狀態(tài)空間方程。第三,針對實際工程中,塔式吊車二級擺變量較難實時檢測,依據(jù)第二章建立的動力學(xué)方程,設(shè)計了雙擺型塔式吊車的無源控制器并設(shè)計速度擬合器,最后使用MATLAB程序仿真進(jìn)行了驗證。第四,針對實際工程中,存在無法獲得塔式吊車精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的情況下,采用模糊加權(quán)算法,不依據(jù)吊車系統(tǒng)模型,通過觀察輸入輸出量的變化和工程實踐經(jīng)驗,來設(shè)計模糊控制規(guī)則,模糊加權(quán)算法是對傳統(tǒng)模糊控制的一種改進(jìn),降低其設(shè)計難度并提高了其控制精度。最后,使用MATLAB程序仿真進(jìn)行了驗證。第五,針對塔吊小車沿懸臂運行過程,提出了滑模控制法、PID控制算法等,并設(shè)計了虛擬現(xiàn)實VR軟件和圖形用戶界面GUI軟件,使得控制效果更加直觀明顯。最后,對本文工作進(jìn)行了總結(jié),并提出今后的研究方向。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH213.3
【部分圖文】：

圖ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊車?圖卜１（ｄ）懸臂吊車??欠驅(qū)動塔式吊車作為典型的欠驅(qū)動機械系統(tǒng)，具備欠驅(qū)動系統(tǒng)的－－系列特??性，譬如，高非線性、強耦合等等。這樣也使得在設(shè)計算法時更加復(fù)雜。因此，??在吊車的掛鉤質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載質(zhì)量的情況下，一些專家學(xué)者將掛鉤質(zhì)量忽略，??只考慮小車－負(fù)載的吊車系統(tǒng)，類似于一個簡單的球擺系統(tǒng)，將系統(tǒng)簡化為單擺??型的吊車Ｗ１。單擺情況下，對吊車系統(tǒng)建模、分析和控制的難度都會大大下降，??因為單擺系統(tǒng)做簡諧運動，所以通過牛頓力學(xué)分析，即可得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型??和固有頻率等，控制器的設(shè)計難度也大大降低。然而，當(dāng)掛鉤質(zhì)量沒有遠(yuǎn)遠(yuǎn)小??于負(fù)載質(zhì)量時，即不滿足簡化為單擺條件，吊車系統(tǒng)不呈現(xiàn)單擺特性，而會呈??現(xiàn)二級擺特性［４？。此時系統(tǒng)振動會成為兩種不同固冇頻率振動的線性組合，可??能是非周期振動從而給系統(tǒng)分析和控制帶了很大的難度。木文在讓立二級??擺型吊車系統(tǒng)模塑的基礎(chǔ)上，針對實際１：程屮會遇到的Ｍ題，對吊車系統(tǒng)進(jìn)行??了動態(tài)分析，并設(shè)計控制器。??欠驅(qū)動塔式吊車作為典型的欠驅(qū)動機械系統(tǒng)，具備Ｘ驅(qū)動系統(tǒng)的？系列特??

圖ｌ－ｌ（ｃ）塔式吊車?圖卜１（ｄ）懸臂吊車??欠驅(qū)動塔式吊車作為典型的欠驅(qū)動機械系統(tǒng)，具備欠驅(qū)動系統(tǒng)的－－系列特??性，譬如，高非線性、強耦合等等。這樣也使得在設(shè)計算法時更加復(fù)雜。因此，??在吊車的掛鉤質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載質(zhì)量的情況下，一些專家學(xué)者將掛鉤質(zhì)量忽略，??只考慮小車－負(fù)載的吊車系統(tǒng)，類似于一個簡單的球擺系統(tǒng)，將系統(tǒng)簡化為單擺??型的吊車Ｗ１。單擺情況下，對吊車系統(tǒng)建模、分析和控制的難度都會大大下降，??因為單擺系統(tǒng)做簡諧運動，所以通過牛頓力學(xué)分析，即可得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型??和固有頻率等，控制器的設(shè)計難度也大大降低。然而，當(dāng)掛鉤質(zhì)量沒有遠(yuǎn)遠(yuǎn)小??于負(fù)載質(zhì)量時，即不滿足簡化為單擺條件，吊車系統(tǒng)不呈現(xiàn)單擺特性，而會呈??現(xiàn)二級擺特性［４？。此時系統(tǒng)振動會成為兩種不同固冇頻率振動的線性組合，可??能是非周期振動從而給系統(tǒng)分析和控制帶了很大的難度。木文在讓立二級??擺型吊車系統(tǒng)模塑的基礎(chǔ)上，針對實際１：程屮會遇到的Ｍ題，對吊車系統(tǒng)進(jìn)行??了動態(tài)分析，并設(shè)計控制器。??欠驅(qū)動塔式吊車作為典型的欠驅(qū)動機械系統(tǒng)，具備Ｘ驅(qū)動系統(tǒng)的？系列特??

圖２－２小車沿塔吊懸臂運行示意圖??ｑ，＝［ｘ］７?＋?［ｙ］Ｋ??＋ＣＡ?ｓｉｎ＾，］７?＋?［－／，?ｃｏｓ＾，］＾?（２－ｑｒ?＝ｑＨ?［ｌ２?ｓｉｎ０２］７?＋?［－／２?ｃｏｓ０２］Ｋ??，這種情況下，系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)系為ｑ?Ａｆ，根據(jù)歐拉可以求出系統(tǒng)在廣義坐標(biāo)系下的動力學(xué)方程：???＿?－?１「１?：?－?１「１?：?＿?Ｉ?（２－ｑ－Ｍｇ（ｑ，Ｋ）?＋?－ｑ；?ｍｈｑ?－?ｍｈｇ（ｑｈＫ）?＋?￣ｑ＾ｒｑ?－?ｍｐｇ｛ｑｐＫ）??廠０?Ｏｆ為吊車系統(tǒng)的廣義驅(qū)動力，根據(jù)歐拉－拉格朗日方程則力學(xué)方程如下：??ｄｄＬ?ｄＬ??Ｆ?＝—（—）???ｄｔ?ｄｘ?ｄｘ??ａ沉?ｄＬ??°￣５（２－
【參考文獻(xiàn)】

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1 孫輝;陳志梅;孟文俊;;塔式起重機的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模防擺控制[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;2013年10期

2 丁千;翟紅梅;;機械系統(tǒng)摩擦動力學(xué)研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2013年01期

3 孫寧;方勇純;;一類欠驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法綜述[J];智能系統(tǒng)學(xué)報;2011年03期

4 任冰;李振宸;;基于倒立擺系統(tǒng)的模糊仿人智能控制[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2010年15期

5 萬宏權(quán);蔡亮;馬榮章;羅文龍;向麗麗;;塔機監(jiān)控系統(tǒng)的工作區(qū)域限制邏輯算法[J];建筑機械化;2009年11期

6 韓九強;沈建坤;魏全瑞;趙瑋;;塔機群智能防碰撞系統(tǒng)及其應(yīng)用[J];建筑機械;2008年11期

7 白小濤;李為吉;;利用協(xié)同優(yōu)化方法實現(xiàn)復(fù)雜機械系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化[J];機械設(shè)計;2006年03期

8 賴旭芝,蔡自興,吳敏;一類欠驅(qū)動機械系統(tǒng)的模糊與變結(jié)構(gòu)控制[J];自動化學(xué)報;2001年06期

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