船用起重机四索吊装系统动力学分析与控制策略研究

由于恶劣的海浪、洋流、海风等所产生的不同扰动且持续的影响,船用起重机难以实现精准快速吊装作业。因此,该研究提出了船用起重机四索吊装系统(four anti-swing cable system,FASCS),设计了张力控制方法通过设置四根柔性减摇索的张力约束条件来抑制吊重摆动。同时,为了实现减摇索间的协同运动,设计了改进趋近律的自适应滑模控制器(adaptive synovial controller with improved reaching law,ASC-IRL)控制减摇索绳长和绳速变化,防止发生过载甚至断裂。利用MATLAB/Simulink软件对控制效果进行仿真分析。结果表明,有张力控制时吊重摆角抑制效果平均达80.1%,吊重摆动区域面积减少约61.0%。此外,减摇索绳长误差和绳速误差均在8 s内趋近于0,ASC-IRL控制下减摇索最大误差相比于模糊比例-积分-微分减小75.0%以上,减摇索抖振现象相比于传统的滑模控制明显削弱,验证了ASC-IRL控制减摇索协同运动的强鲁棒性,研究结果对进一步探究FASCS的吊重减摇机理和减摇索协同控制具有重要意义。

船用起重机三索限位式防摇摆装置设计

针对如何减小吊重的摇摆问题,设计一种基于三索限位的机械式防摇摆装置。利用3根防摇索牵引吊钩,限制吊重的空间位置,实现防止吊重摇摆的目的。建立起重机的运动学模型,分析工作过程中3根防摇索的长度变化。建立吊重系统的动力学模型,分析防摇摆过程中3根防摇索的张力设定与防摇摆效果的关系。搭建船用起重机防摇摆装置试验平台进行验证,证明了所提出的防摇摆控制方案的正确性,所设计的防摇摆装置在实际应用中具有良好的防摇摆效果,整体防摇摆效果可以达到61%以上。