起重机防摇定位控制系统研究

【摘要】：桥式起重机作为重要的货物搬运机械设备,在机械制造、物流运输、建筑等领域有着非常广泛的应用。由于起重机的小车-钢缆-吊具所组成的柔性系统动力学特性,起重机在作业过程中极易产生吊具摇摆的现象,影响负载的定位时间和定位精度。因此,研究如何消除起重机作业过程中吊具摇摆,对提高起重机作业效率和精度具有重要意义。本文主要对桥式起重机的防摇定位控制系统进行研究。首先对桥式起重机结构及其负载特性进行描述,在此基础上通过拉格朗日法建立了桥式起重机小车与吊具动力学模型,并求取传递函数分析模型参量在驱动力作用下的动态特性。由于起重机模型属于欠驱动控制模型,在分析了起重机动力学模型以及性能要求的基础上,对起重机防摇控制前馈及反馈策略进行研究。前馈控制部分,基于输入整形控制,对起重机运行起始无摆角状态下的输入脉冲进行整形,得到电机加速度幅值与时滞,以达到提高起重机运行效率的同时消除吊具摆角的目的。考虑到起重机数学建模误差与环境干扰因素,融合反馈控制消除系统残余摆角及扰动摆角。反馈控制部分采用模糊控制理论,通过建立小车位移模糊控制器与防摇模糊控制器对输出进行线性比例叠加并归一化,实现定位与防摇控制;同时建立卷扬模糊控制器实现负载高度控制。最后基于两种控制技术结合设计起重机闭环防摇控制策略,消除起重机吊具摆角同时提高小车定位精度。为获取闭环反馈所需的起重机实时姿态角,本文根据防摇控制系统要求设计了起重机吊具姿态检测模块及上位机姿态解算程序,程序加入互补滤波消除传感器原理性误差,并通过实验验证了模块姿态检测性能。最后搭建防摇测试实验台对所设计防摇控制策略进行验证。实验结果证明控制策略及相应控制程序在实验台上具有良好的防摇定位控制效果。