基于Simulink的某桥式吊车系统运动学分析及参数化讨论

桥式起重机台车的快速精准定位和负载摆动的有效抑制是学者们的研究热点。目前,针对桥式吊车系统的研究大多建立的是单摆模型,该模型运动学分析用单摆模型进行描述是最简单直接的,对于单摆系统来说,绳长决定系统的固有频率,因此绳长变化对系统有效控制参数的选择有一定的影响。结合Euler-Lagrange方程推导得到某单摆桥式吊车系统的运动学方程,通过对该非线性微分方程分析得到台车加速度与负载摆角之间存在耦合关系,结合轨迹规划方法和Simulink仿真对吊车系统的运动过程进行了仿真建模,验证模型的可行性。此后,针对不同台车加速度参考轨迹做了仿真分析,结果表明,改进式加速度参考轨迹的加加速度在加速度变化时不会产生突变,曲线连接处得更加光滑,吊车系统输出状态更加稳定。此外,针对不同绳长下台车轨迹规划过程中的相关控制参数进行了系列探讨。数值分析结果表明:绳长变化与台车轨迹规划所需时间呈现非线性关系;而对于负载摆动,随着绳长的增加,摆角幅值有增大的趋势,且残摆难于消失。

欠驱动三维桥式吊车系统自适应跟踪控制器设计

针对三维桥式吊车系统的欠驱动特性,设计了一种目标轨迹自适应跟踪控制器.相比其他常规的三维桥式吊车控制器,它不需要对吊车模型进行任何近似解耦或线性化处理,并且考虑了系统所受的摩擦力与空气阻力等干扰.在负载质量和吊绳绳长等发生变化或存在不确定因素的情况下,它依然能实现对台车的精确定位与负载摆动的有效抑制.对于闭环系统的稳定性,文中通过Lyapunov方法和芭芭拉定理对其进行了理论分析,随后的实验结果也表明了这种自适应跟踪控制器良好的控制性能和对不确定性因素的适应性.

桥式吊车系统的分级滑模控制方法

该文针对桥式吊车这一类欠驱动系统提出了一种分级滑模控制方法.该方法将系统状态分成两组,分别构造第一级滑动平面,并求取各个子滑动平面上的等效控制量.然后再构造第二级滑动平面。采用Lyapunov稳定定理获得最终的控制量.该控制量包含各子滑动平面的等效控制分量,因此能够保证系统状态沿着各个子滑动平面滑动.该文从理论上证明了各级滑动平面的渐近稳定性,并且通过仿真验证了该结果.

三维桥式吊车建模与仿真平台设计

利用拉格朗日方程对三维(3D)桥式吊车系统进行了动力学建模。在该模型中,不仅考虑了台车在两个水平方向上运动对负载摆动的作用,同时分析了吊绳长度变化对系统状态的影响,此外还考虑了环境中动、静摩擦力,空气阻力等对台车运动以及负载摆动的作用。根据建立的动力学模型,搭建了三维桥式吊车仿真平台。该平台将有助于对桥式吊车这类非线性欠驱动系统动态特性的研究,以及各种控制策略的检验与评测。最后通过实验结果验证了所建立的动力学模型以及仿真平台的正确性。

欠驱动桥式吊车系统自适应控制

针对桥式吊车这类非线性欠驱动系统,提出了一种基于耗散理论的自适应控制器.它能够有效地抑制运输过程中负载的摆动,并将其快速准确地运送到指定的位置.相比其他吊车控制系统,这种控制器无需准确测量台车和负载质量以及吊绳长度,可以根据系统响应情况来对这些参数进行在线估计,这将极大地方便控制器在实际吊车系统中的推广应用.对于闭环系统的稳定性,文中通过李雅普诺夫理论及拉塞尔不变性原理进行了证明,仿真结果也证实了这种自适应控制器能够对吊车系统进行良好的控制.

基于滑模方法的桥式吊车系统的抗摆控制

针对桥式吊车这类欠驱动系统,提出一种基于滑模控制的抗摆方法.该方法将系统状态分成两组,构造出一种双层滑动平面.结合桥式吊车系统数学模型的特点,求取了总的滑模控制量并进一步设计了控制器的参数.采用Lyapunov方法,从理论上证明了各级滑动平面的稳定性.仿真结果验证了该方法对于桥式吊车系统抗摆控制的有效性.

基于动态滑模结构的桥式吊车防摇定位控制器设计

针对变绳长条件下二维欠驱动桥式吊车的防摇定位控制问题,提出了一种基于动态切换函数的动态滑模控制方法。该方法将含有位移摆角变量和吊绳变量的两滑模面通过微分环节分别设计新的动态滑模面,新的滑模面与系统的控制输入的一阶导数有关。该控制器结构简单,可实现桥吊变绳长情况下的小车快速定位和负载的防摆控制,并能有效地减少控制器的抖振现象。给出了该控制器的稳定性分析。最后仿真结果证明了该设计方法的有效性。

三维桥式吊车自动控制实验系统

为分析桥式吊车系统的特性,验证各种吊车控制方法的稳定性并考察其实际控制效果,根据桥式吊车的工作原理与组成结构,设计并搭建了一个三维桥式吊车实验系统。该系统主要由机械主体、驱动装置、测量装置和控制系统四部分组成,能够较为真实地反映实际吊车系统的动态特性和运行过程。其中的控制器部分基于Matlab/Simulink平台,可以方便地进行各种控制策略的实验测试。将两种常见的吊车控制策略应用于该实验系统,获得的实验曲线与理论分析的结果完全一致,有效地验证了该实验系统的准确性。该实验系统能较为真实地反映三维桥式吊车非线性、强耦合、欠驱动等特性,可以准确描述桥式吊车系统的实际运行情况,因此它为桥式吊车系统性能分析、吊车控制策略的实现与调整提供了非常可靠的测试环境。

桥式吊车系统的伪谱最优控制设计

对于桥式吊车系统的最优控制问题,根据实际的工况要求,性能指标有时不一定是标准的二次形式.同时,在实际的控制问题中,状态和控制输入往往会受到一些边界条件和路径过程中的约束.针对这一问题,本文应用Chebyshev伪谱优化算法来处理,它可以处理状态和控制约束的非线性最优化问题以及一个非标准的目标函数.首先对桥式吊车系统模型进行一系列的坐标变换,将其转变为上三角系统形式的误差模型.然后将桥式吊车最优控制问题转化成具有一系列代数约束的参数优化问题,即非线性规划问题.通过求解离散化后的参数优化问题,得到桥式吊车的最优控制律.本文还给出了Chebyshev伪谱最优解的可行性和一致性分析.最后,在仿真研究中验证该控制器的有效性.

桥式吊车多点自动定位程序控制系统设计

针对桥式吊车(桥式起重机)的常规使用场所,设计了通用性较强的自动定位程序控制系统。通过光电开关检测吊车位置并对吊车大厅分区,以可编程控制器(PLC)和变频器作控制器件,采用定时运行的方式实现吊车的自动定位控制。定位误差小于2.1 cm,吊运物摆幅小于5.7 cm,吊车运行的平均速度大于额定速度的90%。本文重点介绍吊车的位置、运行方向、运行速度及定时起点的确定和编程控制,并对自动定位的性能指标进行了定量分析。

桥式吊车水平移动自抗扰防摆控制器与参数优化

为解决桥式吊车水平移动过程中的定位控制与防摆控制问题,利用拉格朗日方程建立了其非线性数学模型,设计了自抗扰控制器(ADRC:Auto Disturbances Rejection Controller)并与比例微分(PD:Proportional Differential)控制器。利用人工鱼群算法对控制器参数进行了整体优化,克服了试凑参数的繁琐性。通过仿真实验对控制器进行的测试结果表明,该控制器系统能有效抑制负载摆动,对系统参数变化及摆角扰动有很强的鲁棒性。

桥式吊车的滑模变结构控制

针对变绳长桥式吊车系统负载快速和精确定位的要求,设计了一种滑模变结构控制器。基于系统的状态空间模型,分别设计了吊车位置和绳长的线性滑模面,在吊车位置滑模面中考虑负载摆动的速度项,实现了在小车和绳长定位的同时,消除负载摆动的控制目的。为了解决控制力的抖动问题,给出了将非连续函数连续化的方法,在保持控制效果的同时消除了控制力的抖振现象,从而提高了控制器的实用性。仿真实验结果证明,该控制器可实现变绳长吊车系统负载的定位要求。

桥式吊车系统的自适应神经网络控制与学习

针对三维桥式吊车的防摇摆控制,基于径向基函数神经网络(Radial Basis Function,RBF)研究了一种自适应防摇摆控制算法。在神经网络控制中,如果持续激励(Persistent Excitation,PE)条件得不到满足,便不能保证权值收敛,执行相同的控制任务时,仍需对神经网络进行重复训练。所设计的自适应神经网络控制器不仅能够快速精确地定位负载,并能有效抑制吊车系统的摆动;同时在对于周期或回归轨迹的跟踪中,系统中信号的一致有界得到了证明,在稳定控制中实现了部分权值的收敛以及未知闭环动态的局部准确逼近,即确定学习。最后,通过仿真验证了所设计控制器的正确性和有效性,为桥式吊车系统的防摇摆控制提供了新的控制算法。

cRNA布谷鸟搜索算法的桥式吊车PID控制

为了提高算法的全局搜索能力,受RNA二级结构的启发,设计RNA茎环交叉算子,采用基于进化代数的自适应步长策略,提出RNA交叉操作布谷鸟搜索算法(cRNA-CS).将cRNA-CS算法用于对5个典型测试函数进行寻优.测试结果表明,cRNA-CS算法的搜索能力和寻优精度相对于CS算法和其他改进的CS算法有了明显提高.将cRNA-CS算法用于桥式吊车系统PID控制器参数的优化整定.仿真实验结果表明,与CS算法、单纯形算法和PSO算法相比,采用cRNA-CS算法优化的PID控制器能够实现桥式吊车系统更好的消摆和定位控制.

基于解耦滑模控制的桥式吊车系统的抗摆控制

针对欠驱动桥式吊车系统的抗摆控制问题,提出一种新型的解耦滑模控制算法。相比于传统解耦滑模控制算法,该控制算法采用可导的中间变量来定义系统的第二层滑动面,并利用等效控制关联增益法来调整解耦滑模控制器的切换增益;不但解决解耦滑模控制器等效控制的求取问题,而且能够有效降低解耦滑模控制器的抖振幅度。应用Lyapunov方法和Barbalat引理证明系统各层滑动面的渐近稳定性,并通过数值仿真实验验证所提出的控制算法的有效性。与已有控制算法的对比结果表明,该控制算法具有较好的控制性能和抖振抑制特性。

基于ASCP-CS算法的桥式吊车滑模控制器设计

针对桥式吊车滑模控制器参数设置繁琐以及布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search,CS)全局搜索能力不足问题,提出了自适应选取交叉操作算子的布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search Algorithm with Adaptively Selecting Crossover Points,ASCP-CS),并将该算法用于桥式吊车滑模控制器参数整定.该算法在CS算法的基础上改进自适应搜索步长,并在交叉操作过程中引入自适应选取染色体交叉点.通过对4种典型寻优函数进行测试的结果表明:ASCP-CS算法具有较好的寻优精度和搜索能力.对桥式吊车滑模控制器采用不同优化算法进行参数整定,仿真实验表明,基于该算法的控制器能更快地实现吊车负载定位,更有效抑制负载摆角,并具有较好的鲁棒性.

基于LQR算法的三维桥式吊车定位及防摆控制研究

首先采用牛顿力学方法建立了三维桥式吊车的非线性动力学模型,然后将其在平衡点处进行线性化,得到系统在X方向和Y方向完全解耦的状态空间方程;根据现代控制理论设计了系统的线性二次最优调节器(LQR)并进行SIMULINK仿真,最后利用C++语言和MATLAB混合编程技术实现控制界面,系统控制量计算及下发由多媒体定时器中断服务函数周期性完成,自主搭建了一套三维桥式吊车实验平台;系统成功实现运动范围内的定位及防摆控制,仿真及实验结果表面建立三维桥式吊车解耦模型的合理性与控制算法的有效性。

基于多参数反馈控制的港口桥式吊车实验教学系统设计与分析

文章设计了一种适合教学中使用的桥式吊车实验平台,在此基础上通过建立模型,进行速度反馈、位置反馈、角度反馈以及多参数反馈形式的仿真分析,实现对桥式吊车多方位控制,从而验证了多参数反馈对于稳定控制的有效性。

欠驱动桥式吊车抗摆控制的匹配设计方法

目的研究欠驱动桥式吊车在水平运动过程中的负载抗摆问题.方法采用匹配设计方法,通过匹配条件,使开环系统与闭环系统的动力学方程匹配.结果通过求解由匹配条件建立的偏微分方程,通过特征方程法确定闭环系统的质量矩阵、势能函数及阻尼矢量,并得到使系统稳定的控制律.结论仿真结果表明,通过匹配设计方法得到的桥式吊车抗摆控制器,不仅在短时间内实现了负载的抗摆,同时小车也具有良好的位置跟踪性能,小车到达指定位置和负载摆角趋于零的时间基本一致,表明了此方法的有效性和可行性.

欠驱动桥式吊车的自适应滑模变结构控制

针对二维欠驱动桥式吊车,提出一种新型的自适应滑模控制方案。所提出的控制方案采用自适应机制调整滑模控制器的趋近参数,能够有效实现二维桥式吊车的消摆控制。利用台车位置误差和负载摆动角度的线性组合定义一个耦合变量,并在此基础上设计系统的滑模面。基于桥式吊车的数学模型和指数趋近律设计自适应滑模控制器,并借助Lyapunov稳定性理论推导趋近参数的自适应律。从理论角度证明闭环控制系统的稳定性,并利用数值仿真结果验证所提出的控制方案的有效性和所设计的自适应滑模控制器的控制性能。