基于视觉的鹤管控制系统的研究与应用

为了满足油库自动化管理的需要,促进全自动装卸模式的改进与推广,研发了一种全自动大鹤管定量装车控制系统。首先当机车进入触动安全光幕后,使用Halcon软件对车号进行图像分割和识别,以实现车牌号的检测功能,同时对灌口进行拍照,当机车停稳后对灌口利用视觉系统进行实时检测,并通过测距传感器对灌口进行三维定位,随后鹤管垂直放下进行定量装车,最后人工铅封灌口,机车拖走所有槽车。实验结果表明该方法能够有效地提高工作效率、降低人工成本,对于提高鹤管的智能化发展具有重要的实际意义和应用价值。

汽车起重机卷扬随动系统设计与应用

汽车起重机因机动性好、吊载灵活的优点已成为施工作业中的吊载主力,其主要包含汽车底盘、变幅机构、回转机构、伸缩机构和吊重机构,传统模式下要完成伸臂动作,必须不断地放主钩、放副钩、伸臂、再次放钩,并且稍不留神吊钩容易冲顶毁坏臂头滑轮。完成缩臂动作首先要收主钩、收副钩、缩臂、再次收绳,不然吊钩容易落地引起张力不足导致卷扬钢丝绳乱绳。卷扬随动技术能够很好地解决这些痛点,在伸缩臂过程中卷扬自动跟随旋转,旋转速度跟随臂长变化率,实时保证吊钩悬挂于安全范围内,包含3种模式(1)臂头变化模式——伸缩臂过程中吊钩和臂头的距离实时保持固定;(2)地面随动模式——吊钩和地面的距离实时保持固定;(3)智能随动模式——根据臂长自动调整吊钩高度,伸臂越长放绳越多。

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.

起重船吊物系统动力响应仿真分析

起重船在波浪的作用下会引起吊重的大幅摆动,从而导致海上作业被迫停工。根据拉格朗日方程建立了吊物摆振三维非线性动力学模型,其中考虑了起重机吊重的升降运动等操作。采用数值仿真的方法对吊重的动力响应进行了研究,结果表明吊索长度、起吊速度以及激励频率等因素对吊物系统动力响应有重要影响,且吊重的面内、外摆角之间存在相互耦合作用。得到的结论可用于起重船吊物系统振动的预测与控制。

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.

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.

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.

海洋工程船克令吊装卸仿真系统的运动模型

海洋资源的开发对海洋工程设备有着高度的依赖性,其中海洋工程船应用领域广泛,船舶上常用的设备克令吊对货物的移动起到至关重要的作用。选取海洋工程船上最为常见的挺杆式克令吊为研究对象,根据其运动规律,利用拉格朗日方程建立克令吊系统的运动模型,并采用四阶龙格库塔方法对模型进行求解,分析了克令吊在不同作业形式下的动力学特性,并对模型进行了验证。

基于CAVE的集装箱装卸仿真系统

介绍了基于CAVE系统的集装箱装卸模拟器的硬件平台,给出了本实验室已搭建的CAVE系统的详细配置。阐述了多通道立体显示技术在集装箱装卸模拟器视景系统中的应用,分析了基于被动立体显示的集装箱模拟器的系统构成。通过船舶的压载水调节系统,建立了集装箱装卸操作人员与船舶驾驶员的联系。最后根据拉格朗日运动方程建立了系统的广义坐标下四自由度的运动模型。

起重机电机拖动系统负载跟踪控制

为了使起重机电机拖动系统的电机以给定转速实时跟踪突变的负载转矩,通过等效折算得到了起升机构电机转子侧的等效转动惯量、等效负载转矩和电机拖动系统动力学方程;建立了按转子磁链定向同步旋转坐标系;应用转差角频率设计了跟踪负载转矩的矢量变频控制系统.实例计算表明:闭环系统的空载起动时间比开环系统快0.34 s,电机平稳起动,起动阶段开环和闭环系统的峰值电磁转矩差值达148 N.m;闭环系统电机消耗的电功率(综合节能的百分比)小于开环系统;在起动阶段,开环系统的峰值功率是闭环系统峰值功率的2.5倍.电机在空载起动阶段约节能50%,平稳运行阶段约节能30%.

基于小车位置的起重机吊重系统扩张状态观测器设计

为了获取起重机吊重系统状态变量的估计信息,全维重构系统状态空间,通过坐标变换,将起重机吊重系统转换为等效的标准积分串联型系统,以惟一测量的小车位置信息作为输入,针对起重机吊重积分串联型系统设计扩张状态观测器,并将起重机吊重系统复杂的建模动态、外部干扰等因素扩张成新的状态变量.将观测器状态变量通过坐标反变换获得起重机吊重系统的估计状态向量,实现系统状态空间的重构.仿真实验表明:各状态变量误差收敛时间不超过0.2s;当连续幂次函数的线性区间长度范围为(0,0.01]时,观测器能有效地重构系统状态空间;观测器对系统参数的变化具有良好的鲁棒性.

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。

起重机吊重系统鲁棒滑模观测器设计

为了实现起重机吊重系统状态变量的观测,设计起重机吊重系统鲁棒滑模状态观测器,利用便于测量的小车位置信息或小车位置与速度信息,通过合理选取滑模参数矩阵和观测器增益参数矩阵,使观测器动力学矩阵是Hurwitz矩阵,不仅可以使观测器渐近地估计出全部系统状态变量,而且观测器对系统的外界有界干扰具有较强的鲁棒性。仿真结果表明:当选择小车位置信息作为观测器的输入时,各状态变量的观测偏差在约1.5s时渐近地趋于零;当选择小车位置和速度信息作为观测器的输入时,各状态变量的观测偏差在约3.5s时渐近地趋于零;观测器不仅对系统模型中的非线性不确定项具有鲁棒性,而且对不同形式的小车驱动力具有良好的适应性。

伴随型非线性系统的自适应RBF神经网络补偿控制

为了抵消伴随型非线性系统中的非线性项,可以设计控制器对非线性系统精确线性化.通常由于系统中存在外界不确定性因素导致系统模型的不确定,而不能直接设计控制器.利用"RBF神经网络能以任意精度逼近连续函数"的原理,对系统模型中的不确定项进行自适应辨识,并将辨识结果提供给控制器,从而实现伴随型非线性系统的神经网络自适应补偿控制.将控制器应用于起重机吊重摆角子系统,对摆角进行控制.实验结果表明:吊重摆角及其角速度约在5s后,得到了很好的控制,并且控制器对系统模型的不确定项的逼近误差约在5s时达到0;控制器对系统的不确定性因素和系统参数变化均具有很强的鲁棒性.

铁路集装箱F-TR锁脱钩安全监控系统设计

集装箱装卸作业是现代物流的构成要素和重要环节,也是铁路货运的重要组成部分。为了提高铁路集装箱装卸作业的安全性,在阐述集装箱吊装作业F-TR锁脱钩安全监控现状及我国铁路集装箱F-TR锁结构特点的基础上,分析铁路集装箱F-TR锁脱钩安全监控系统需求,通过铁路集装箱F-TR锁脱钩安全监控系统框架和工作流程的设计,经过试点取得较好的应用效果。铁路集装箱F-TR锁脱钩安全监控系统对吊装集装箱F-TR锁可以进行有效的实时监控,避免集装箱作业过程中出现F-TR锁未脱钩事故,为提高铁路集装箱装卸作业安全提供自动化的技术手段。

基于神经网络的塔机起重力矩监测系统

针对塔机起重力矩检测中的非线性问题,采用函数型连接神经网络建立软测量模型,解决了起重力矩与力矩限制器弓板位移量之间的函数关系问题,为塔机起重力矩在线监测提供了新方法,可低成本实现起重力矩的实时显示,增强了塔机操作安全性。实际应用表明:该监测系统具有精度高、所需样本相对较少、参数调整容易等优点。

浮吊海上补给作业的动态特性仿真分析与研究

浮吊在进行海上补给时,吊重绳索的下降、摆动以及船体的受迫运动,使吊重下降时很容易碰撞甲板,引发重大事故。考虑吊点处的弹性力,建立了浮吊吊物系统的动力学方程。在MATLAB平台上采用数值分析的方法,分别对吊重静止时和作业时的动态特性进行研究。结果表明绳长、海况、下降速度等对补给安全有重要影响。计算得出的吊重下降速度和位移规律,可为波浪补偿系统提供重要依据。

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。

门座起重机臂架系统在起升动载激励下的动态特性研究

根据机械振动理论,对门座起重机臂架系统结构在起升动载激励下动力学特性进行研究,建立起重机起升机构的动力学模型,确定了起升机构在起动、制动工况下,钢丝绳系统弹性力的计算公式;运用AD-AMS动力学软件,对臂架系统结构在起升过程时的动态响应进行仿真研究,为起升动载系数的选取提供一种新方法和理论依据。

折臂式随车起重机LSPC液压控制系统仿真研究

为了提高折臂式随车起重机(多执行器)液压系统的稳定性和操控性,使系统即具有合理的流量匹配特性和良好的复合动作特性,系统采用负载敏感(LS)压力补偿(PC)控制,并分析了LSPC控制系统的控制原理及特性。通过建立AMESim仿真模型,研究了在典型工况下折臂式随车起重机LSPC控制系统的动态特性、抗流量饱和性和负载独立流量分配特性。结果表明,采用阀后补偿的LSPC控制系统后,避免了各执行机构之间的冲突,提高了操控性,在工程上具有一定的参考价值。