桥式吊车防摆控制技术研究

【摘要】：桥式吊车作为一种运输工具广泛应用于各种工业场合。在大多数场合,吊车需要高速运行,但是这样容易引起负载大角度摆动,不仅降低了吊车的运行效率而且容易引起安全事故。因此防摆控制是提高效率和避免安全事故的关键技术。近年来,国内外许多专家对其进行了广泛研究。本文研究内容分为三个部分: 首先,为了验证所设计的控制算法的有效性,设计并完成了吊车系统的实验模型。利用MATLAB的Real—Time Workshop Target工具箱通过PCL-818L多功能数据采集控制卡与按比例缩小的吊车物理模型进行通讯,建立了控制算法应用平台。该平台不但可以真实模拟吊车控制效果,而且还可以作为多输入、多输出;单输入、单输出;非线性、时变等多种控制理论研究的应用环境。 其次,针对设计的吊车实际物理模型,运用拉格朗日方程建立了吊车系统三维条件下的运动方程,以及简化条件下的定绳长吊车系统运动方程。先采用了非线性逆系统方法将吊车系统转化为线性系统,然后按照线性系统理论设计内模控制器来控制水平定位,同时设计了一个角度控制器来确保摆角迅速衰减。试验结果表明,该控制方案能保证定位无静差,摆角迅速衰减,同时良好的抗干扰能力和较强的鲁棒性能,控制效果优于常规PID和模糊控制。 最后,针对变绳长的情形提出了一种基于LQR和变论域模糊控制的消摆方法,该方先将该系统分解垂直运动和水平运动两个子系统,然后用变论域方法来寻找最优反馈增益,从而解决了因绳长改变带来的非线性问题。同时对具有角度扰动,绳长和负载质量测不准等情况做了大量仿真,仿真结果表明该方法不仅运动速度高,摆角小,而且具有较强的抗干能力和鲁棒性。