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武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 1 A in . . 813 r., 57, 03328 005; 0 006 006 一个控制器使门式起重机和减摇桥精确定位 . 乔治亚机械工程学院， 乔治亚技术学院， 13， 57 ,亚特兰大 ， 0332国， 2005 年 9 月 28 日收到， 2006年 3 月 30日接受， 2006年 6 月 5 日可在线使用 . 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 2 一个控制器使门式起重机和减摇桥精确定位 摘 要 起重机是 很难 精确操纵载荷 的。 振荡 ,可以诱导成大桥或手推车的阻尼系统轻度运动 ,并且还 对环境造成滋扰 . 为解决上述两种振荡的来源 ,结合反馈和输入整形控制器的发展 。 该控制器是由三个不同的模块 组成， 反馈模块的检测和定位误差补偿 ; 第二反馈模块侦测并拒绝 振动 ; 使用塑 料 造 填充 的第三个模块 ,以减轻振荡 。 一个 使用 精确的模型矢量驱动 的 交流感应马达 ， 为典型的大型 起重机 , 用同一个褶分析技术 ,将非线性动力学起重机器分为对照设计 。 在佐治亚技术学院实 验 10 吨桥式起重机控制器 。 该控制器具有良好的定位精度和 性能以 减少摆动 .。 关键词 :输入整形 ； 指挥整形 ； 起重机控制 ； 振动控制 ； 防摇 ； 桥式起重机 ； 龙门吊 床 1. 绪论 桥 、 门式起重机 在工业生产中 占据了关键 地位。 它们被 使 用在世界各地数以千计的船场 、 建筑工地 、 钢铁厂 、 仓库 、 核电厂及废料储存设施 ， 以及其他工业园区 。 这种操纵系统的及时性和有效性 为 工业生产力 起了 重要贡献 。因 此 ， 可以提高企业 经济 效益的起重机 是 极其宝贵的 。 这些 结构 ，见 图一 。 予高度评价 的 压电性质 .、抗 外部干扰 ， 如风力或 气压 (例如桥梁或小车 ) 能造成载荷振动 。 在许多实际 生产 中 ， 这些振动产生 了 不良后果 。 摇 动使得 有效载荷或钩 的 精确定位 在 一人操作 的时候 费时 费力； 此外 ，当载荷 或 周边障碍 有 是一个危险和脆弱 的时候， 振荡可能存在安全风险 。 广泛使用的桥 、 门式起重机 ， 再加上要控制不必要的振荡 ，使得 大量的研究与控制这些结构有了干劲 。 工程师们正试图改善 其 易用性 ，以 增加 经济效益， 并减轻安全上的顾虑 ， 起重机系统 的 三个主要 要 解决 的 方面 : (1)运动诱发 的 振荡 ； (2)扰动诱发 的 振荡 ； (3)定位能力 。一个 15 吨 的 桥式起重机采用鲁棒输入整形技术 来 减少运动诱发 的 振荡(& 997)。 莱利建议控制小车位置和振荡通过比例 控制 ， 在这之间的耦合电缆角和运动的小车 将 被增加 (& 2001)。 出了动态基于逆控制 以 降低瞬态和残余运动诱发振荡( 2002)。 金大中推行了极点配置策略 ,对一个真正的集装箱起重机运动控制和振荡以及定位 ( & 2004) 。 日发达非线性控武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 3 制载荷轨迹律跟踪基于 稳定性分析 (2001) 。 奥康纳制定了控制策略 ,基于机械波的概念 ， 涉及到未知的动力学习 ,通过小车 的 初步 提 案 (奥康纳 , 2003年 )。 最后 ， 据弗里斯用广义状态变量模型的建议 (据弗里斯 , 1989 年 )， 再提出 了一个线性反馈控制法 (据弗里斯 , &罗琼 , 1991年 )。 手推车的位置和电缆的长度 是 控制有效载荷 的 变数 ， 以及各自的 空间 参考轨迹仅限于一类四阶多 项式最小载荷的挥洒投保 。 控制并不 是 试图消除干扰引起的振荡 。 控 制计划开发的 方法 可大致分为三类 :时间最优控制 ， 指挥整形 ， 和反馈控制 。 执行这些不同的控制方法 是有 一些挑战 的。 共同 的困难 是驱动器的行为和电动机驱动起重机的 方 案 ， 非线性行为 ,这些要素已经 成为 评价与分析 方案的 传统技术 ,也因此 ,控制器往往 被 设计忽略 。 时间最优控制 的 缺点与问题是它无法实时实施 ，它 必须预先计算系统 的运动 轨迹 。在 目前已知的 范畴里 没有用一个商业起重机执行时间最优控制 的 方案 ( 2002) 。 指挥塑 造是一个参考信号 术是可实时执行的 ( 1990) 。 然而 ,指挥塑造没有闭环机制 ,反馈控制 ,因此 ,我们必须使其 可配合使用反馈控制 ,如果是用于 抗 扰 。 在研究工作 中， 反馈控制是最常见的用以减轻定位和电缆摆动误差 的 策略 。 这种 控制是适合有正确的定位 的 桥 架 或 小 车 。 然而 ,当一个反馈控制器必须尽量避免电缆晃动的时候 ,控制任务 将 变得更加困难 。 准确的测量有效载荷 是 必须落实 的 ,但 往往是昂贵或困难的。 这些 困难 在新加坡举行 的 全自动商业起重机 在 码头 的 使用 被 2002)。 此外 ,反馈控制计划是有点慢 ,因为他们本来就被动 。 举例来说 ,当反馈是用来控制电缆 的 左摇右摆 时 ,电缆晃动 是 本系统在控制 中 将试图必须消除 的 不良振荡 。 其中最有用的技术 ,被大家不致可否 的 。 柔性方式输入整形 。 输入整形不需要闭环反馈 系统 的控制 。 反之 ，是 预 先 减少控制振荡 的 方式 ， 而不是被动地反馈 。 抑制振荡的实现 需要 一个参考信号 ， 即预 测在 误差发生之前 ， 而不是一个校正信号 ， 即试图恢复偏差 ,回归到一个参考信号 。 在起重机控制这方面 ， 这意味着传 感光缆摇曳 ， 是没有必要的 。 由于投入塑造是容易执行的 ，相 比 于 反馈计划 。 在许多情况下 ， 输入整形技术还要 适合 于 非线性硬出席启动和驱动马达等 。 在减少起重机电缆摇曳的 方 案 中， 输入整形技术已 经被 证明是有效的 ( 1999; & 1998; et 1997; & 000) 。 起重机利用输入整形控制也 被 展示了 （ et 2004) 。 在此基础上控制器 的 开发设计已定位 在 抑制振动性能和合并反馈控制输入整形 上。管制是由不同单元组成 ， 已被合并成一个 联合 控制体系 。对 起重机的性能控制的每一个模块都 是 设计 的 一个方面 。 反馈控制模块是用来定位有效载荷的 ,在一个理想的位置 , 虽然不同的反馈模块 会导致 动乱 。 塑造投入使用的 是 第三个模块 ,用 以尽量减少运动诱武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 4 发 的 振荡 。 这个分配个人控制任务 的 策略 和 别控制器的 方法 相类似 , 2005) 。 该战略 在 讨论 和 实 施以前有助于减轻设计 的难度， 控制利用不同的模块 的 优 点 的任务 ，用 他们是最适合 的 ,反馈定位和抗干扰性 ,减少输入成形存在运动诱发振荡的非线性 。 在佐治亚技术学院 (佐治亚技术 ) 位于制造研究中心 (博 ) ,展示 的是 10吨桥式起重机控制评价试验机 。 以下各节提供了金匮起重机动力学系统包含的非线性驱动和 对 电机 的 影响 。 第 3节简要 在 介绍了整体控制系统之后 ,将 更加详细地描述组成 各个 模块的控制器 。对 双闭环稳定模块进行了讨论 。 第 4部分说明 了由 不同 的 模块组合成 的 单一控制体系 , 审查结构和组合稳定的 方法。 第 5节结束语 ， 用于显示整个控 制系统的关键方面 的 实验数据文件 。 2 . 动态起重机 马克 在 这里用图形容 10吨级起重机测试控制 。 2 . 刨床 方 案 ,这台起重机可以简单地归结为一个钟摆 ,支持晚上移动 作业。 如图 。 3 . 大规模的有效载荷开销都是支 承结构的 分别 引起的； 重力加速度是 必须 克 服的； 粘性阻尼力 ,而后者的有效载荷可以形容为 阻尼 系数； 小车位置和长度的悬索是打成草 , 此时这种明显 的 选择对系统输入 之下 的一个汽车模型的起重机及工业 用 机是不必要的 。 后来这些制度时 ,会考虑决定系统响应的参考信号 。 2 . 起重机类似 动力学表达 和 塑造公 式 使用 et (1991)。 与起重机模型 ,以这种方式 ,该系统减少到一个程度的自由与有线的角度 ,钇 ,作为独立坐标 。 微分方程 表示为 有限电缆摇曳起重机系统允许一个假设近似小角度 ,减少 ( 1 ) : 承认 ( 2 ) ,这是一个二阶阻尼振荡系统 ,可写 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 5 系统的代表性与速度取 决于 单位角度 ,分析一个电缆可替代衍生的支持单位位置的时候 , 值 ,为 10， 假设初始条件 为 零 ,并利用关系 ( 3 )至 ( 5 ) , 其中得到了下列传递函数与有线角度速度的 关系公式 : 这种关系 是作为一个方框图如图 4， 凡座打成 “ 有效载荷 ” 代表 ( 6 ) 表示传递函数 。 速度的 定义 ,加 速 度 ,有效载荷响应与有线角的 如图 也说明了 。 四是 支撑 单位的速度关系 ,并取得理想的参考速度 。 实际速度的支持单位是反应植物标记 “ 动力马达 ” 的参考速度 。 这是一个综合性厂 ,代表了驱动要素与起重机质量 。 这些的组成元素 是 桥 架 和小车 ,马达 ,驱动器 。 准确的产业模式 ,异步电动机 ,向量驱动器 ,并支持集体股 ,为典型的大型起重机 , 导出索伦森 ( 2005 ) 。 这种模式是代表方框图无花果 。 5 驱动马达 ,以一种全新的参考速度 。 三个要素构成的模型 :一个开关 ,速率限制器 ,线性 ,二阶 ,重阻尼厂八开关元件通常将球原始参考信号 ,村 ,对速率限制块 。 然而 ,当起重机发出过渡速度指令 时 ,暂时开关发出一个信号为零 。起重机移行速度指令这些指令改变了 旋转 的方向 (向前扭转或虎钳 亦然 ) 。 这种行为取决于 可以说有以下转换规则 : 该模型可以用来代表响应 ,不少工业建设载体和异步电动机的组合 都 正确选用四参数与模型 : 参数的回转率变化率限制器 ,收盘 ; 转 化成 开关元件 , x 厘 ; 固有频率 H 级 ;阻尼比 H,为的 重机 ,这些参数估计为 160% /秒 ,为 . 度 /秒 , 重机的响应模型紧随实际反应的 。 这可以看出 ,如图。 6 , 那里的反应模式和实际反应的 支承指数 的速度指令已铺上 。 3 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 6 第 2 款起重机所述的是一种线性载荷和一个非线性传动 /电机 。 这里描述控制系统的产生参考速度指令 ,在发出的非线性和驱动马达 , 达到三个效果 ,在有效载荷 : ( 1 )精确定位 ; ( 2 )运动诱发振荡抑制 ; ( 3 )抗 扰 . 一个框图整个控制系统是列图 . 7 . 联合控制的方法 ,实现 了 三个目标 ,分别考虑个别单元组成控制器是很容易理解的 。 接着说明了每三个单元 。对 稳定的闭环模块进行了讨论 。 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 7 3 1 输入整形模块 一个成功的打压振荡线性办法参考生成指挥驱动系统 ， 取消自己出的振荡 。 这样一个技术 ,输入整形 ,是实施 列冲动 ,称为输入整形 ， 与参考信号 (此过程图 . 8说明 ) 。 形司令部则用来驱动的线性系统 。 振幅和时间地点的冲动 ,其中包括输入整形决意通过求解一组约束方程 来 限制不必要的系统动力学 。 这一切估计是都需要解一个该系统的固有频 率和阻尼比的方程 。 如果金额残余振荡产生的序列脉冲设定为零 , 然后整形满足约束方程被称为零振动 ( Z 对 )牛头刨床 ( 1990; 1957) 。 8有两个推动力 ,并改变原来的指挥步骤成梯形状的指挥 。 上升时间 由地面 指挥 ,是上升期的整形 , 四落实投入塑造一个物理系统 ,如博起重机是 以 预期的方式显示图 . 9 . 形命令 . 踏送到驱动马达 , 然后驱动响应的和电动机驱动的载荷 。 鉴于这种 情况 , 一要确定 轻率 非线性驱动马达对什么命令可计算 ,以消除从载荷 来的 振 荡 。 如果驱动电机 ,可表现为线性传递函数 , 则是投入没有不利影响的振荡抑制的磁器 ； 这是由在互换性的输入整形和线性装置 。 然而 ,该模型包含了非线性率限制器 ,以及非线性开关 ; 因此 ,代表了一种传递函数有可能已被排除 。 非线性驱动和电机厂了解的效应考虑框图系统显示图 。 10A 条凡任意参考信号 ,第十 ,是由 非模态 整形投入生产指挥形 ,即刻 。 假定参考信号 ,终于得到了稳态值 ， 还假定输入整形旨在取消振荡的线性厂克 。 如果是即刻作为输入一个非线性厂 ,例如驱动马达模型然后响应的非线性植物可作为 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 8 同一非线性响应 , 可以得到一个交替过程中的一些基线 指令 ,钨 , 非模态 是由输入整形乙 (不一定是由一个合消除振荡脉冲序列适克 ) , 减少系统 ,无花果 . 10B 款 . 这是一个等价系统 ,不包含非线性元件 . 无花果 . 11说明这个过程中 ,当 和非线性植物分为率限制器回转率参数 ,通知国会说 ,有相同的反应 ,多 国民党 ,是由指挥钨和 。 任意球为基准 指令 解决过程中的一个和投入整形称为卷积 。 如果可以显示输入整形因卷积 (插二 )由一个脉冲序列适合消除振荡克 ,而该基线 指令 ,钨 ,获得了一些稳态值 , 那么非线性元件的原有系 统不会有任何不利影响的振荡抑制性能的影响 形信号 ,即刻 。 这是因为原有的制度朝野如果信号 立妥善塑造 指令 部 克 。 如果 这些委用条件 双方不能满足 , 那么非线性元件的原有系统 ,可减少降低性能的原始振动投入整形 。 祸害率的评价限制器形 指令 任何十大回转速度参数 , S 号 一个可以发挥无遗褶分析每个组合的 X 和 S ,这当然是不切实际的 。 相反 ,一个可能很快评价限制器的影响 率 ,通过使用一个无量纲比率 这个例 如 述说速率限制器改变一个参考信号 ,如何迅速建立 这是因为 小车 50% ,而 一个速率限制因素对输入整形并没有 对 Z 有 不利影响 , 不管他的 指令是 参数 ,对下列范围 1 =氮 , 氮 1 , 2 , 3 ,信义 价值的是在可接受的范围以内 . 这些结果列于表 1 . 卷积分析技术也可以用来分析不同的开关元件对整形的 Z (召回该开关元件电机回应影响只有移行速度指令 由 起重机发出 ) 。 发现不利影响确实存在 , 即便如此固有频率和 如果没有利用 ， 由于 起重机诱发振荡造成的开关元件仍 于整形 。 这显然表明无花果 . 12 . 固线 . 定单获得通过模拟试验 ; 它表明如何残余振幅当输入整形 ,是采用随哦 自然频率 是实验振荡振幅与不整形 , 分别 ; 其安插在图表上对应的商品 ,为博起重机 . 根据上述结果 ,一方面是保证输入整形模块图 . 9 少有效载荷诱发的 运动振荡 ,即使存在非线性的驱动和电机厂 。 式各样 的影响输入整形分别由拥有众多起重机经营 商 通过一个杂乱的工作环境前后无输入 整形 (琼等 . 2004 年 ) 。 而起重机的运动 ,向下寻找录像机捕获载荷的议案 。 无花果 . 13 比较反应的一个典型试验 . 在不定形议案钩摆动时 ,起重机正在指挥提出后 ,有人指挥停车 , 此外 ,载荷两次相撞周围的障碍 。 相比之下 ,形轨迹显示诱发振荡 的方 案被淘汰 ,并没有发生碰撞 。 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 9 3 2 定位模块 再次审议传递函数 ( 6 ) ,用于间接 支承 单位的电缆角度速度 。 状态空间描述这种植物后 ,直接的传递函数 : 由于关系季和 Y 成立 ( 8 ) , 1 日承认 ,该国第二季等于 _手推车之间的相对位移和有效载荷 。 计算值 ,我们有 因为真正的一部分的值是一个负数 , 国家 义 。 因此 ,值总是趋近于零 。 这个正规治疗中的状态方程 ,一个明显的事实是强调 : 有效载荷将始终来 至 下方直接间接支持点 。 因此 ,精确定位的 支承 单位 损耗 等于精确定位的有效载荷 。这一事实让定位模块被设计成一个配置控制器的 损耗 支持该股反而 非控制器配置的有效载荷 ,从而简化了控制目标 这一有效载荷定位策略采用 制器则说明方框图无花果 . 14 . 本模块控制地位的有效载荷沿大桥轴线 . 一个理想的 设想 是发给 管理人员 作为一个位置参考信号 ,公关 。 关于博起重机 ,一台激光距离传感器提供桥 架 位置的反馈 ,铅 . 这两种信号进行比较 ,产生一种错误的信号 ,聚乙烯 ,即送到钯块 。 针对不同的错误信号 ,钯块产生一个信号较预期桥 架 速度 。 为防止这一信号驱动桥 架从超过 安全速 度 , 一个武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 10 已经插入饱和 截短参考速度 ,村 ,送到桥式驱动马达的 , 造成桥梁响应速度的 最后 ,载荷对大桥的速度与有线的角度看 ,昆明 。 稳定的模块 ,可确定的 . 该系统被认为是 基本 稳定 ,如果对任何有界的投入体系 ,产 出 , 其次 ,因为存在着非线性 (例如饱和开关座元件 , 速率限制器 ) ,还必须关注极限环的 存在 。 (二阶植物在 驱动马达模型 ) ,有效载荷 。 对每个特征值均有负实部分 。 因此 ,对于任何有界投入上述各厂 ,产出 界 因为饱和界村 。 由于 界线 ,昆明也是界的 。 极限环系统与 “ 硬 ” 非线性预测存在 ,像饱和或速率限制因素 , 已进行多年 , 基于通过描述正弦输入函数使用方法 。 描述函数法是一种近似技术 ,让一系列控制器增益为一个可 预测系统无法呈现 的 极限环 。 因为近似性的技术 ,三种偏差都可能 ( 1991) : （ 1 ) 上限周期的幅度和频率的预测是不准确的 。 ( 2 )一个周期的限制预测 ,实际上并不存在 。 ( 3 )现有的极限周期 ,是不是预言 。 历史上的描述函数方法已用于对系统仅有一个非线性元件 . 最近 , 新的研究已经进行了因多种非线性元件了解环可能存在的极限 (安德森 1998年 ) 。 进行了系统 的解答。 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 11 A in . of is be by of or or To of a is is of A a is in a to An of C to a to of is on a 10at r 2006 . a in of of 汉科技大学本科毕业设计外文翻译 12 to of be 1, in as or of or to In of or a or of a or a & 2004). of to a of to of to by of (1) (2) 3) et of a 15by & 1997). et to in of & 2001). a 2002) a on a to as & 2004). on a 2001). Oa on an O2003). a 1989), a & 1991). of of to a of to to in be 汉科技大学本科毕业设计外文翻译 13 of A is of of to in A to is to be in to of of is no of a a 2002). is a is in 1990). of be in a if it is to be is in to of is a or a of be is or in in at 2002). is to be in to of s is of in as to is a it a to to a In of is As a is to In to in at 1999; & 1998; et 1997; & 000). a in et 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 14 2004). in by is of a is to of s A is to at a a is in a to of to is to 2005). by of in of of is on a 10in (at a of of a of by a of of is a of to of 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 15 2. 0to is 2. of be as a a as 3. of of as mt to is as g; a on be by b; of is . x, be as An t to a is a of is at be of to 2. et (1991). in is to of y, as of he of to a 1) 2) a o a of to of of x. 3) 5), relating
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