ROBOTIC DYNAMIC MODEL ON LOAD SWING OF SLEWING CRANE

This paper sets up a robotic manipulator model on slewing crane. The model can synthetically describe the dynamic behavior of the load of slewing crane in rotating, elevating and hoisting motions. The dynamic equations of the system are recursively derived by a Newton Euler method. The dynamic behavior of the load of slewing crane in rotating motion is simulated on a computer. The method of robotic dynamics to derive the dynamic equations of the swing of load is accurate and convenient and it has good regularity. The result of the study provides a base in theory on design of crane and an accurate mathematical model for controlling the swing of load.

考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法

刚性直棒法作为一种简单高效的输电导线风偏响应估算方法,在输电工程领域得到了广泛的应用,然而其适用对象仅限于水平风作用下的未覆冰导线,对于线路常遇的覆冰以及二维风荷载情况未能涉及。该文采用阵风荷载包络线法(GLE法)推导了二维等效静力风荷载的表达式,获得了考虑二维风荷载作用的导线风荷载调整系数,通过引入二维等效静力风荷载改进了现有刚性直棒法,改进后的刚性直棒法综合考虑了线路是否覆冰、二维风荷载、上升气流以及风的脉动效应。建立了某真型输电线路的精细化有限元仿真模型,采用覆冰导线气动力风洞试验结果和非线性数值仿真验证了改进后刚性直棒法的准确性。基于改进后的方法分析了竖向平均风速和导线覆冰厚度对风偏响应的影响。研究表明:考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法是一种准确度明显提高的通用方法,能适用于常规的、覆冰的、有上升气流的多种工况下的导线风偏位移计算。

基于视觉伺服的四旋翼吊挂抗摆控制方法

四旋翼吊挂飞行时载荷的摆动会显著影响无人机的操纵性和稳定性,无人机运动会引起负载振荡,严重威胁控制系统的安全。针对无人机从起飞阶段加速跟踪远距离时变期望轨迹,尤其是弧形轨迹的过渡过程中,吊挂载荷摆动频率较高的问题,提出了一种基于视觉伺服的三闭环轨迹跟踪和载荷抗摆控制方法,通过对期望姿态角指令进行修正,减小载荷摆动对无人机的影响。对不同吊挂载荷质量以及载荷质量突变的情况进行了分析,仿真和飞行实验结果表明,该抗摆控制策略不但可以极大地降低吊挂载荷的摆动频率,还能使无人机平稳跟踪期望飞行轨迹。

往复摆动加载测试过程中的运动学分析

以工业机器人用减速器的摆动疲劳试验为例,利用Lagrange方法从理论上分析了单侧配重和对称配重两种加载单元在相同加减速运动规律下的运动学特性,并利用Adams仿真和摆动加载试验进行了评估。结果表明,基于Lagrange方法对加载单元产生的有效摆动加载扭矩的计算结果与仿真和试验结果基本一致。单侧配重在单位重量下可以产生更高的有效加载扭矩,从而在相同的有效加载扭矩下产生更小的倾覆载荷力。同时也表明在摆动疲劳可靠性试验中应用单侧配重加载单元更加科学合理。

船载起重机防摆装置及其动态特性的仿真与实验研究

针对船载起重机吊重系统的摆动问题,建立了船载起重机防摆装置的数学模型,采用Simulink-AMESim联合仿真方法,对防摆过程中的船载起重机吊重系统的动态特性进行了研究。首先,建立了防摆装置传递函数、吊重系统动力学的数学模型,分析了液压系统工况与吊重系统动力学响应之间的动态耦合关系,提出了防摆装置液压马达的控制策略;然后,采用MATLAB/Simulink和AMESim软件,对防摆装置的动态特性进行了联合仿真分析,研究了船舶运动激励条件下船载起重机的吊重摆动特性、防摆绳索张力输出特性和液压马达压力变化特性;最后,利用液压驱动防摆装置实验平台,进行了硬件实验,并对比分析了实验与仿真结果,对防摆装置数学模型的正确性以及联合仿真结果的有效性进行了验证。研究结果表明:利用液压驱动防摆装置可将起重机吊重摆动角度限制在3°以内,摆动幅度抑制效果达到77.6%,验证了该液压驱动防摆方案和液压马达控制策略的有效性,也验证了上述数学模型和仿真分析的正确性。该研究成果可以为液压驱动防摆装置的控制器设计提供依据,同时为液压驱动防摆装置的进一步实船应用提供理论和实验基础。

往复摆动式仿生人工关节间润滑薄膜测量系统

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行机构、运动执行机构和环境温度等进行了重新设计和完善,可较好地模拟关节运动时承受的载荷、运动方式和环境温度;最后,呈现了3个不同的仿生人工关节间润滑薄膜测量实例.测量结果表明:与硬-硬人工关节摩擦副对比,承受相同载荷时低弹性模量的PDMS垫发生的较大变形能捕获更多的润滑剂流入接触区内从而形成了有效的润滑;在硅油和水润滑条件下对陶瓷球施加固定载荷和冲击载荷时,对PDMS软垫层的变形量随时间的变化实现了可视化测量,且发现在载荷施加初始的极短时间内变化很快,随后逐渐变得缓慢;对固定载荷下陶瓷球往复摆动的整个运动过程中形成的润滑膜进行了原位观察并同步测量了软垫层的变形量.本测量系统为评价仿生润滑材料的润滑性能提供1种新的技术手段,对揭示仿生人工关节的润滑机理具有较为重要的意义.

塔式起重机负载能量耦合下消摆控制方法仿真

由于塔式起重机的启动和制动过程对吊绳影响较大,致使吊钩上负载发生一定的摆动,无法快速将负载运送到目标位置,降低了工作效率。现提出一种负载能量耦合下的塔式起重机消摆控制方法。构建塔式起重机结构图,对其分析后得到动力学模型和其对应能量函数;加强壁架小车与负载间的能量耦合,求导能量函数;计算吊钩负载与目标位置间的误差信号,选取另外5种不同的误差信号,将求导后的能量函数与误差信号结合起来,得到控制塔式起重机旋转的驱动力,在加入一定控制增益后,实现塔式起重机消摆控制。对所提控制方法展开性能实验测试,结果表明,所提控制方法可在最短的时间内,完成精度最高、效果最好、最稳定的消摆控制,使吊钩负载可以稳定的运送到目标位置。

六向钢节点摆动电弧增材制造及其承载性能

根据六向钢节点结构特点,采用分区成形、平面切片以及摆动与偏置填充的策略制造。为了避免钢节点已成形部分与弧焊枪的相互干涉,将六向钢节点分为直壁圆筒区、两管相贯区和三管相贯区。直壁圆筒区采用摆动填充,两管相贯与三管相贯区分别采用轮廓偏置填充与混合路径填充。合理的成形策略与摆动电弧增材制造工艺,使成形的六向钢节点有良好力学性能与高的成形精度,摆动电弧增材制造六向钢节点整体尺寸偏差为(±1.30)mm。有限元分析和台架测试电弧增材制造六向钢节点在实际工况条件下相贯区的最大应力为36.7MPa,远小于堆积金属屈服强度,始终处于弹性状态,具有高的承载性能。

不同参数对掘进机载荷功率谱的影响分析

为了保证所设计的截割头不仅可以满足高效的掘进效率,而且具有耐磨等特性,在对掘进机截割机理进行研究的基础上,以EBH-132型掘进机为研究对象,重点对掘进机截割不同硬度煤岩层下,对不同截割转速以及不同横摆速度对掘进机截割煤岩层时所承受的动态载荷和负载扭矩、功率等指标进行综合分析,所得结论将指导掘进机截割头参数的改进设计。

基于波动控制的直升机吊挂鲁棒减摆技术

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动模型,采用小扰动的方法在平衡点处对所建模型进行线性化;在此基础上,基于特征值配置法设计状态反馈控制器;设计波动控制器来减小摆角控制具有良好的动态性能和稳态性能。在仿真中对吊挂载荷质量进行拉偏,证明所设计波动控制器具有较强的鲁棒性,结果表明:所设计波动控制器有效。

桥式起重机吊重二自由度摆角模型与仿真

为了实现桥式起重机小车的准确定位和尽快消除吊重摇摆,研究吊重摇摆的规律和影响因素.根据小车吊重系统三维动力学方程建立了吊重二自由度摆角的数学模型.动态仿真结果表明:小车运行加(减)速度对摆角的影响比绳长显著,加(减)速度增大1倍时,摆角和摆速分别约增大0.12 rad和0.164 rad/s;绳长增加2 m时,摆角和摆速无明显变化,吊重自由摆动周期约增加1.3 s.

旋转起重机建模及负载摆动的最优控制

目的通过建立旋转起重机的数学模型,了解负载摆动的机理,从而实现对该摆动的最优控制.方法利用空间几何关系及牛顿力学原理建立数学模型,经实验结果与仿真结果的比较验证模型的精确性,并利用DFP法进行最优控制量的计算.结果最优控制计算结果表明,当负载运行轨迹在水平面的投影为直线时,控制效果最佳,负载的残留摆动被有效抑制.结论旋转起重机采用直线搬送方式时,消除了离心力的作用,从而使负载在搬送过程中的摆动最小,并在到达目的地时完全停止摆动,是一种十分有效的运行方式,对实际生产过程具有指导意义.

基于状态估计的起重机吊重摆角信息获取方法

针对工程实际应用中桥式起重机或门式起重机吊重摆角和摆角角速度不易直接测量的问题,利用小车位置信息设计了状态观测器,对吊重摆角和摆角角速度信息进行估计.通过引入观测器输出与小车吊重系统输出之间的差值,该差值经过观测器的增益向量调节送至观测器的输入端,将观测器的极点配置在负实轴上,实现观测器对摆角和摆角角速度稳定、快速估计.仿真研究表明:基于状态估计的吊重摆角信息获取方法可行,观测器具有较强的鲁棒性;随极点增大,观测器对吊重和绳长变化具有更宽的适应范围,但极点过大时,会出现估计误差上冲或下冲现象;当极点确定时,观测器对绳长变化比吊重变化敏感.

基于降维观测器的起重机吊重防摇系统研究

对直流电压控制桥门式起重机小车驱动电机的小车吊重动力学系统,设置降维观测器,用小车位置和速度信息对摆角、摆角角速度和驱动力进行估计,从而解决了工程实际中这些状态变量不易直接测得的问题。为了防止吊重摇摆,采用全状态反馈形成吊重防摇的闭环控制系统,并给出了控制系统结构以及降维观测器和反馈控制器增益参数的确定方法。仿真结果表明:各状态变量能从观测时间开始消除重构误差;吊重摆角能在小车指定位置和时间内衰减为零,其余状态变量也有良好的动态特性。

基于神经网络观测器的起重机吊重摆角速度软测量研究

为了解决起重机吊重系统吊重摆角速度不易直接测量的问题,利用神经网络能对任意函数逼近的原理,采用RBF神经网络针对吊重摆角子系统,以吊重摆角为可测输入量,在基本状态观测器的基础上设计了神经网络状态观测器,通过合理设计神经网络参数,实现对吊重摆角速度现场软测量.与基本观测器的观测结果进行了对比仿真,结果表明:神经网络观测器的观测时间不到1 s;当系统存在建模误差和参数摄动时,神经网络观测器能较好地适应小车驱动力输入形式;在达到观测时间之前,基本观测器存在明显的高频振荡现象,且振荡的幅值随外界干扰幅值的增大而增大,神经网络观测器具有较平稳的观测过程.

船载机电装备可靠性模拟试验技术综述

高频振动载荷和低频摇摆载荷的综合作用是影响船载机电装备可靠性及寿命的主要因素。开展相应载荷下的船载机电装备可靠性模拟试验对装备的研发具有重要意义。调研并分析了多个领域在进行可靠性模拟试验时涉及的试验台架、控制算法及试验方法。结果表明,现有的可靠性模拟试验只在单一振动载荷或者单一摇摆载荷下开展,不适用于模拟船载机电装备的真实工作环境。基于该研究现状,归纳整理出各个领域适用于船载机电装备的可靠性模拟试验技术,并在此基础上提出对船载机电装备今后更为合理的可靠性模拟试验的展望。

基于坐标变换的旋转起重机直线搬送最优控制

目的通过建立旋转起重机直线搬送方式的二维数学模型,减少变量数量,实现最优控制输入信号的快速计算,以达到对旋转起重机进行实时控制的目的.方法利用拉格郎日方程推导旋转起重机直线搬送的二维数学模型,计算模型参数和二维-三维变换公式,利用DFP法进行最优控制量的计算,最终得到实际控制输入,并通过实验结果与仿真结果的比较验证模型的精确性.结果使用二维模型得到的最优控制量与使用三维模型时得到的结果完全相同,但计算时间缩减约99%.结论使用旋转起重机直线搬送方式,能快速得到最优控制量,从而实现对旋转起重机的实时控制,是一种十分有效的运行方式.

大型零件搬运装配的智能辅助设备防摆控制

智能辅助设备(IAD)是一种可与操作者在同一作业空间共同完成作业任务的智能机械装置.针对大型零件搬运装配过程中存在的负载摆动问题,对IAD的防摆控制进行研究,利用拉格朗日功能平衡原理建立了负载水平运动的数学模型,提出了负载防摆控制策略,分别设计了位置控制器和负载防摆控制器,并对防摆控制进行了仿真研究.研究结果表明,这种控制策略有效可行,在分别改变钢丝绳长和负载质量的情况下,小车运动能够跟踪参考位置,并且在启动加速和减速停止过程中,有效抑制了负载的摆角,使摆角快速衰减到零.该研究对于大型零件搬运装配的IAD运动控制系统的设计与实现具有实际的参考价值.

起重机吊重智能防摇CAN控制系统的设计

基于CAN总线控制的特点和优点,设计了起重机吊重的智能防摇CAN控制系统,各传感器采集数据以CAN总线形式发送给主控DSP,主控DSP做出防摇和衰减摆幅的智能决策。吊重摆角的测量是防摇控制系统的关键和难点,文中给出了有效的测量方法。

运用VEGA软件实现塔式起重机载荷摆动仿真

在分析塔式起重机载荷摆动特性的基础上,将载荷摆动非线性动力学模型进行线性化处理,推导出载荷摆动表达式,并应用Matlab软件进行了载荷摆动特性仿真。在VC环境中利用Vega的函数编程实现载荷摆动,在虚拟操作系统中真实再现载荷的运动特性和摆动特性,增强了塔式起重机虚拟操作系统的真实性。