桥式起重机分布式质量吊重系统双摆滑模控制

随着吊装作业的多元化发展,起重机吊装对象也从传统的质点式吊重向分布式质量吊重方向发展。针对桥式起重机在吊装分布式质量吊重时吊重的大摆角抑制和小车定位控制问题,提出了两种基于滑模控制理论的、用于吊重消摆和小车快速定位的方法。首先,综合考虑了桥式起重机吊装对象的结构特征、小车电机的驱动特性、摩擦阻力以及环境中的随机扰动对吊装作业的影响,建立了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学模型;然后,设计了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学普通滑模控制器(OSMC)和分层滑模控制器(HSMC),采用Lyapunov函数和Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性;最后,利用数值仿真研究了OSMC和HSMC在分布式质量吊重减摆控制方面的性能差异。仿真及研究结果表明:与OSMC相比,采用HSMC不仅可以在12 s内实现小车精确定位目的,而且可以实现对分布式质量吊重在5°~9°摆动范围下的快速抑制目的,完成了对系统状态变量的有效控制;同时,对比结果表明HSMC对起重机系统内部和外部扰动变化有很强的鲁棒性和抗干扰性。

液压起重机吊重防摆控制

针对液压起重机在工作过程中易发生吊重摇摆等问题,为保证作业安全,提高运行稳定性,提出一种吊重防摆控制系统。利用拉格朗日法推导出吊重动力学微分方程,确定控制参数;结合D-H矩阵,分析支撑臂(主臂和转向臂)倾角空间动力学,建立其与吊重控制参数之间方程式;分析驱动支撑臂的油缸空间动力学,建立液压缸速度与支撑臂倾角关系方程,对油缸液压系统进行建模;最后,设计吊重防摆控制系统,该系统包括反馈控制器、前馈控制器和防摆控制器。仿真结果表明:所提出的控制系统能有效抑制起重机吊重摆动。

不同参数对塔机吊重摆角和塔身结构振动的影响

针对塔机结构振动特性的研究虽然已取得了丰硕的成果,但是很多文献把塔机结构当作刚性结构来研究,或者未考虑塔机的加速度对吊重摆角的影响,针对塔机在提升与回转耦合运动下结构振动和空间摆角特性研究的文献则更少。针对塔式起重机的非线性运动易引起结构振动的问题,为了探究其运动规律,在塔式起重机提升与回转耦合运动下,对塔机结构的振动特性进行了理论推导和仿真研究。首先,采用运行特性、物理关系和梁挠度理论,提出了一种塔式起重机位移模型(从加速到恒速再到减速);然后,根据拉格朗日和空气阻力理论,推导了塔式起重机的动力学模型;最后,根据实际塔式起重机的结构和运动特点,设计了实验塔机,利用实验塔机搭建了测试平台,通过吊重的空间摆角实验过程验证了耦合运动模型的有效性,研究了不同的提升加速度、回转加速度和初始摆动角度对非线性耦合运动下吊重的空间摆角和塔身振动的影响。研究结果表明:回转加速度对塔身结构振动和空间摆角有显著影响;提升加速度对塔身结构振动和空间摆角的影响很小;当提升加速度为0.01 m/s^(2)时,摆角θ有最小值;当任意初始角度不小于0.2 rad时,初始角度对塔身结构和摆角振动影响较大。

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.

基于状态估计的起重机吊重摆角衰减方法

研究桥式起重机防摇控制问题,针对工程实际中起重机吊重摆角和摆角角速度不易直接测量的问题,采用小车位置信息,设计状态观测器,通过引入观测器输出与小车吊重系统输出的差值,并经过观测器的增益向量调节送至观测器的输入端,观测器的4个极点均配置在复平面的负实轴上。通过反馈观测器的状态变量估计信息形成闭环控制系统,使吊重摆角在规定时间内以指定误差衰减为零,达到吊重摆角防摇控制。仿真结果表明,观测器在2 s前精确估计吊重摆角及其角速度信息,吊重摆角在6 s内得到有效防摇控制,证明了系统设计合理和有效。

深水铺管起重船吊重工况关键技术分析

介绍深水铺管起重船"海洋石油201"吊重工况关键技术分析的内容和方法,包括在吊重工况如何进行完整稳性和总纵强度计算以及在吊重试验中应关注的技术要点等,可为类似工程船舶提供重要的技术参考。

起重机吊重系统状态观测器设计与仿真

针对工程实际中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并经过观测器的增益向量调节送至观测器的输入端,合理配置观测器的极点,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,观测器能在2s内实现在线观测,而且具有较强的鲁棒性;随着极点的增大,观测器对吊重和绳长的变化具有更宽的适应范围,但极点过大时,估计误差会出现上冲或下冲的现象;观测器对绳长的变化始终比对吊重的变化更敏感。

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.

起重机小车吊重动力学系统状态空间重构

为获得桥门式起重机吊重摆角和摆角角速度等系统状态变量,计算得到状态观测器与小车吊重系统输出的差值,再经过观测器的增益向量调节送至观测器的反馈输入端.在系统参数确定时,观测器的极点位置是影响观测时间的主要参数.为了使观测器精确重构状态变量,将观测器的极点配置在复平面负实轴上,观测器极点分布与观测时间关系曲线的平缓变化区域.

吊重作业起重船波浪中的运动响应

利用MOSES计算软件,运用三维势流理论建立起重船系泊状态下的吊重作业计算模型,计算吊重与船的六个自由度的运动,对吊重绕吊臂吊点的摆动进行研究,分析船舶系统的运动特性。在时域计算中,引入风浪流海洋环境条件,使计算条件更加符合工程实际。以一艘起重船为例,选取船体重心和吊物质心为关键点,改变系泊缆预张力,使缆绳张力控制在安全范围内。通过改变起吊要素,分析这些要素对吊重运动及船体运动的影响,以及吊重摆动与船体横摇运动的相互影响。

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。

回转起重机吊重摆振的动力学模型与控制

为研究回转起重机回转作业中吊重的摆振特性 ,寻求抑制吊重摆振的控制方法 ,将回转起重机工作装置等效为开链机械手的形式 ,采用机器人动力学方法建立吊重摆振的动力学模型 ,提出了基于最优调节器理论的控制方案用以抑制回转作业中的吊重摆振。该方案通过 1个切换开关将 2个最优调节器结合起来分别控制吊重在回转运动中的切向摆振和到达目标位置后的摆振。研究结果表明 ,该控制方案可以实现吊重在回转运动中摆振最小 ,在到达目标位置后迅速静止的控制目的 ,具有良好的摆振抑制效果。

小车吊重系统摆振动力学模型及仿真

认识和掌握吊重摆振的动力学特性,是研究起重机防摇控制方案的前提条件。为了准确分析吊重摆振的动力学规律和影响因素,采用理论分析和动态仿真的方式对吊重摆振特性进行了研究。文中根据起重机小车-吊重系统的三维动力学模型建立了吊重摆振的二自由度摆角动力学模型,通过线性简化从模型中找出了影响摆角大小的主要因素——吊重绳长和运行加(减)速度,并以此动力学模型进行了起重机在多种工况下的动态仿真。通过仿真分析得到了小车加速度和吊重绳长对吊重摆振角度、频率和摆角速度的影响规律。

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。

起重船吊重跌落后的动静稳性分析

吊重跌落是起重船作业中可能遇到的严重事故。研究了吊重跌落这种极限载况对起重船舶浮态、静稳性及动稳性等性能的影响。首先建立冲击外力矩作用下船舶横摇运动数学模型,对不同旋转角度下吊重跌落后船舶横摇运动进行仿真。其次介绍BV规范和RINA规范对起重船作业过程中吊重跌落后的稳性衡准要求。最后以某实际起重船为例,分别计算两种典型载况下吊重跌落前后船舶的浮态变化和静稳性校核,实现了吊重跌落后该船的横摇运动仿真。计算结果可为该类工程船的合理设计与安全作业提供理论依据。

吊重对起重机钢丝绳动力冲击时的缓冲设计分析

建立吊重对起重机钢丝绳的动力冲击模型,采用波动理论研究吊重对起重机钢丝绳的动力冲击问题,推导出钢丝绳的张力计算公式。通过对工程实例的讨论分析,建议采用减振弹簧把吊钩设计成减振吊钩,以减振吊钩来缓冲吊重对起重机钢丝绳的动力冲击。

基于状态重构的铁路门式起重机状态反馈力控制吊重防摇系统的设计

为防止集装箱在目标位置和期望时间时摇摆,通过建立工程实用的起重机小车集装箱系统动力学方程,采用全状态反馈控制起重机小车驱动力从而控制状态变量。为了解决工程实际中摆角和摆角角速度难以测量的问题,设计了状态观测器,通过唯一测得的小车位置信息重构系统状态变量获得状态变量估计信息。用类似二阶系统性能分析方法推导出反馈控制器的调节参数公式和状态观测器的增益参数公式。仿真结果表明:状态观测器在0.6s时可以消除重构误差,重构精度高,观测过程明显较反馈调节过程快;状态反馈控制方法可行;摆角和小车位置等状态变量均有期望的动态响应,达到了集装箱防摇控制的目的。

桥门式起重机吊重摆角软测量及仿真研究

为了解决工程中起重机吊重摆角和摆角角速度不易测量的问题,通过利用小车位置信息设计状态观测器,小车吊重系统和观测器构成软测量系统。通过引入观测器输出与小车吊重系统输出之间的差值并经过观测器的增益向量负反馈至观测器的输入端,将观测器的极点配置在负实轴上,实现系统对摆角和摆角角速度稳定、快速软测量。仿真研究表明:软测量系统具有较强的鲁棒性;随极点增大,软测量系统对吊重和绳长变化具有更宽的适应范围;当极点确定时,软测量效果对绳长变化比吊重变化敏感。

重型海洋工程起重机吊重试验的技术支持及其应用

论文描述了深水铺管起重船“海洋石油201”4000t主起重机吊重试验的技术支持及应用案例，包含船舶压调载方案设计、稳性强度校核、浮态分析、倾斜试验以及实时应力监测等内容，及时评估和有效规避了大型吊重试验的潜在风险，确保大型吊重试验安全顺利完成。这项研究可为类似重型海洋工程起重机吊重试验提供重要的技术参考。