機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--三維橋式起重機的建模與控制 中文版【優(yōu)秀】

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美國機械工程師協(xié)會期刊—動力系統(tǒng)測量與控制雜志 1998年12月三維橋式起重機的建模與控制水源大學機械工程學系 是基于新定義的雙自由度擺角建立的。此模型描述了起重機同時行進橫動和吊裝運動，以及由此產(chǎn)生的負荷擺動。本文提出了一種能夠減弱震動的反搖擺控制方案，此方案是建立在線性化動態(tài)模型穩(wěn)定平衡的基礎上。這個方案不僅能夠保證迅速的阻尼負荷擺動，而且能夠保證對起重機吊裝位置的精確控制，同時根據(jù)實際的行進橫動和緩慢的吊裝動作來確定起重機的負荷量，并且本文給出了實 證。1. 橋式起重機 于工 上運 重 。 是，起重機的 速 運動，這 是會 起不 負荷擺動， 速度 大 的負荷擺動 大。負 的 起 負荷擺動 重。這 不 ?的負荷擺動￠ ￡?￥?§荷'“，?? 生?fi。起?，橋式起重機工作時， ?負 的· 位置?于?? 能的?”，并 ?起重?的…度?！氩?緩慢 化。 學`′?了?種方式來控制負荷擺動。起重機系統(tǒng)的 ˉ量本?上˙于系統(tǒng)的產(chǎn)出量，這 ¨ ?的控制? ?雜化。 起重機的控制?ˇ對起重機運動的控制，對負 提 的控制以及對負荷擺動的—制。和 1979 了一個 ˙時 控制的? ，這個? 是?于在 速的 和 時 – 的? §，起重機速度a 的 。981)??提出?控制是o穩(wěn)定 于負 的擺動力。1985)提出來一種 控制運 ，這種 的 是? 的 荷擺動 1987) ?了一種反 控制 ，這種控制 來源于根 ? 。995)??提出?線性控制運 ，它建立在一種?? 動方 的基礎上，這種方 在負 量 大于起重機?量時才 ￥。1996)討論了起重機提 重 時，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性? 。997)提出反搖擺控制 ，這種方 既保證了負荷擺動的快速減弱，又保證了對起重機位置的精確控制。所 上述研究的重點是對二維橋式起重機的控制，這種起重機 能進行行走和 起動作。然而，在大多數(shù)工廠和倉庫，三維橋式起重機 。1988)創(chuàng)￡了一種三維橋式起重機的動力學模型，這種模型建立在球面坐標 1970年和格林伍德，1988年 基礎上。然后他們 ?了一種依靠起重機 ?來控制的方 ，這種方 是以依照預期? ?的動力學模型線性模型是 互聯(lián)系的，并且它的參數(shù) 于起重機的 ?，這讓與控制 ?的 ?和 ¨?雜。這 控制 是負荷擺動，因此，這 控制在起重機的工作中￡?了很多的位置誤差。文中提出了對三維橋式起重機的建模及控制的實際 方案，文章還–面講述了在建模與控制中的負荷擺動， 起動作及負 起重? 。首先，文中精確的 釋了與起重機行走 ?的新雙向自由擺角? ，以及三維橋式起重機的后文章提出了一個?于起重機的新的?線性動態(tài)模型，這個模型以新的擺角就 當于一個具 靈活風格的三 節(jié)機器?。?次，這個新的動態(tài)模型圍繞豎直方向的穩(wěn)定平衡來進行線性化。然后由此產(chǎn)生的動態(tài)模型是與起重機的行走與橫動 互均衡的，并且模型的參數(shù)與起重機的 ?無?，值¨?注的是，這 ¨控制? 單化。根據(jù)這個 論，文章提出了一個新的減弱反擺角控制方案，此方案保證了對起重機位置及重 起的精確控制，還保證了負 擺動的快速減弱，這是起重機運行，穿 和緩慢起重動作的實例。文章的?余 排如§。第二部a 說明的是，三維橋式起重機的?線性動態(tài)模型是建立在新的雙向自由度旋角之上。第三部a的說明中，?線性動態(tài)模型 線性化了，然后文中 過 系統(tǒng)進行修正，依靠根 ? ?了一個新的減弱反擺動控制方案，并¨到了程序控制的方 。第四部a中，這個減弱控制方案致力于對三維橋式起重機原型的性能評估。第五部a，這項研究¨到一 論。坐標的定義1表示三維橋式起重機及?負 的坐標系。坐標系中個移動的坐標系的起點是固定坐標系中的(x, y, 0)點。移動坐標系的每一個軸都與固定坐標系中 對 的軸平行。義它在 中沒 表示出來。這個點沿著梁向且梁和是負 在 ??方向上的旋角，它一共 兩個部a?θθ 重機 重 1?三維橋式起重機的坐標系負 在固定坐標系中的位置由方程 1 2 3 定??中。本次研究的目的是控制起重機和負 的運動，因此X, Y ,L,θ坐標系確定的。重機系統(tǒng)的運動方程是利 拉格朗日方程推到出來的(970)。在本項研究中，負 認群，而繩子的?量和硬度是忽略的。動能，而勢能， 以§方程? ?中進 ,Y 橫動 ,L 起落…度 是由起重機?量和回轉件的?￥?量組?，比如 動機， ?。m，g，?量，重力 速度和速度。是由§面方程 定?拉格朗日和 利的 數(shù)義?y，,L ?的 阻尼系數(shù)。起重機系統(tǒng)的運動方程由 L, F ˉ拉格朗日方程推 出來的，?中a別與之 ?的是 義坐標中的X, Y ,L,θ此 f x，f y，f Y ,力。由于上述的擺角?性，三維橋式起重機的動態(tài)模型 以§?點?當三維起重機的動態(tài)模型 以 化ee et 1997) ，它沿著 當時，如此。這個動態(tài)模型 當于一個具 靈活方式的三 節(jié)機器?(991). 說，動態(tài)模型 ( 9 )13 ) 以由§面 向量表示?中 態(tài)向量q， 動力向量f，重力向量g q ，還 減 定和5 × 5對 A / Q 以很 由q ¨到，當，是確定的。5 × 5 利 力 C(q, q)，它?￠，這能￡。 ?在本節(jié)中，一個新的反擺動控制方案 提出。首先，?線性動力學模型 線性化，?次?對繩子…度不 的￥實，文中 ?了一個新的減弱反搖擺控制方案，第三，一個?立的繩子…度控制器 ?出來，它 與§方 同時 “?。 后， 過慢慢? 繩?的…度來a式起重機的 大 速度是˙于重力 速度的，而且當起重機工作時繩子的…度是?！氩??慢慢? 的。此次研究認 例子很于˙擺動，當x，y，，時，它和三角 數(shù) –，?線性模型中的?? 以忽略。然后?線性模型 (9) - (13)以 化的線性模型?這種線性動態(tài)模型，?ˇ運行動態(tài) 15 和 16 ，橫動態(tài) 17 和 18 ，和?立· 的動態(tài)負 19 。這種直行和橫動是 ?并且均衡的，這說明對三維橋式起重機的控制 以轉 同負 提能力的二維橋式起重機的控制。這項研究還 ?了反搖擺控制 ，這種方于同時控制直行和橫動動作。同時研究還依據(jù)負 提 力 19 ?了繩?…度的控制方 。?…度的反搖擺控制 本節(jié)中，一個二維橋式起重機控制器的新 ?方 提出，這種方 是基于線性模型的基礎上，利 了 和根 ?的方 。這種方 以不?負 ?量·制(1987 u et 1995)。系統(tǒng)的 ?。在實?中，由于起重機是由? ? ?控制器的”動機來控制 ?中的力 以忽略 ，所以 動力f 以忽略，因和梁的動力，速度值 是他們的100…。因此，在實際? 中，u t?正比，對于轉 ?控制器的 ˉ， 如§‰式?這 。然后，動態(tài)模型(15) 和 (16) 以 ?這 ?首先，是 ?系統(tǒng)中起重機動力的? 。于是 ?? ?中確定的新的 ˉ量，然后起重機的動力 以 ??拉` 以¨到‰式 24 以¨到§面的轉 數(shù)??中 數(shù)，而V(s 和U s a別是?次，速度 ?控制器s 在Gt s 基礎上 過 方式 ?的。第一， ?? 數(shù)s 是 過 ‰式s =進行 修ˉ (et 1992)¨到，然后¨出 論，s 是由‰式s =s /Gt s ¨出?中v 大，控制的穩(wěn)定性 ?。 是 會 致¨ 原件產(chǎn)生??。 2是速度 ?系統(tǒng)的示? 。 以¨出速度 ?系統(tǒng)的?? 數(shù)s ?此 系統(tǒng)的參 ˉ。起重機的 動器 時是 速度 ?系統(tǒng)控制，而不是 ? ?控制器。這種 ?方 (et 1997)很? 。 速度 ?控制器 起重機 動力2?速度 ?系統(tǒng)示? 位置 ?系統(tǒng)。 3系統(tǒng)的示? 這 的s 是位置 ?控制器，s 是速度 ?控制器，Dv s 是速度? L/S，它 起重機的速度?a轉 ，起重機?ˇ的— 就是一個速度? 的例子。正如上述，s 的 ?是基于 修ˉ方 。 ?? 數(shù)s =s s /s 這 p ? s 的 ?。位置 ?控制器是由s =s /s ¨到¨出 論， ?? 數(shù)s 是由§面‰式¨到這 ，他們是位置 ?3位置 ?系統(tǒng)示? 控制系統(tǒng) ?。 4表示的是–面控制系統(tǒng)示? ，它由位置?系統(tǒng)s ，負 擺動力Gl s ，反擺動控制器Kθ(s)。Gl s 由‰式 22 ¨到?這 Θ 。Kθ(s)的 ?是基于s 和Gl s 根 ? 的基礎上。–面控制系統(tǒng)的根 ?的推 如 5所示， 過 Kθ(s)的 點和 點 在′ 的位置，然后¨出Kθ(s)?這 0。s/的目的是s 中的 /s。然后，當Kθ(s)的 出直 轉 系統(tǒng)s 的 ˉ時，Kθ(s)就?了一個 后? 。這 擺角和起重機的動作就 以單?控制。5表示的是–面控制系統(tǒng)的根 ?，?中L= 1 m, a 的 之 就在于能夠由根 ? 定。 面控制系統(tǒng)就很穩(wěn)定。然而，由于線性系統(tǒng)中，?線性 動力會 忽略，所以 致系統(tǒng)不穩(wěn)定。。 控制系統(tǒng)的性能 以 ?? 數(shù)來a個 數(shù)在 4中 示每一個 ˉ量和 出量。 數(shù)中L = 1 m ， 的控制§?中Gc s 由§面‰式定義?正如預?的˙ ， 了 ￠的 減， 數(shù)Gc s 的 點都很穩(wěn)定。因此,?? 數(shù) 33 — 36 是這 。在 X/ 了 ?的a能力。Θ/控制， 穩(wěn)定 態(tài)的擺角在 點。根據(jù)X/v, 穩(wěn)定 態(tài)的起重機位置不會?到 ?? 的?o，并且，穩(wěn)定 態(tài)的擺角 不會 的 線?o。5–面控制系統(tǒng)的根 擺動 控制繩?…度緩慢 化?；诶K?…度?！氩?的? ， 學` ￠ ?了一種新的 反擺動控制 。然而，在實?中，繩?的…度在起重機 起負 時， 時 進行緩慢 化，所以，這個實際? 進?。一個繩子…度 ?控制器。起重機 動力，負 提 力 以 中動裝置的轉 ?控制器的 ˉ，而。正如上面所說， ?首先 ? ， 說，上面‰式中的 的??中，然后，負 提 力 裝置的 ?是 同的，因此繩?…度 ?控制系統(tǒng)很 ?的 ， 以 照起重機位置 ?控制系統(tǒng)來 ? 。· 動裝置 時是 過速度 ?控制器來控制，而不是 力 ?控制器，˙ et (1997)提出的 ?方 就很 。§緩慢? 繩?…度。速度和位置 ?控制§度?立確定。然而，角度§n， 'ˉ以 繩?…度。在這項研究中，§能o?? 對繩?…度的? 定了?是o′格。 說，每一個繩?…度L，都 與之 對 的，n，們 于ˉ?控制系統(tǒng)的根 ?，并且角度§), 和 是 過?線?′ ¨的。他們是繩?…度，因此，他們 與繩?…度的實時控制。繩?…度緩 的穩(wěn)定性a 力是與起重機運動及負 擺動 互?立的，所以繩?的…度 是單?控制的。于是，如 繩?…度緩慢 化時， 4中的–面控制系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的，˙ 起重機的控制系統(tǒng) 是穩(wěn)定的。當 0時， 4中的–面控制系統(tǒng) 以由§面的 形式表達??中 1 態(tài)矢量，A t 是的N X ，n 是–面控制系統(tǒng)的 點數(shù)量。本項研究中，角度§), 和 于實時控制，以此 對繩?…度的緩慢 化。然后每次t ≥ 0，系統(tǒng) A t 都 阻尼的穩(wěn)定?征值 點 。系統(tǒng) A t 是一個?于繩?…度的 數(shù)，所以，當繩?…度 L 緩慢 化時， 數(shù)à t 在緩慢 化。當| L| 和|| à(t || , 和一個 范的A t 都￠夠˙時， 以利 個定理的內(nèi) 是? 系統(tǒng)是漸漸穩(wěn)定的，而且?穩(wěn)定范圍 以由A t 和à t 的?征值的 數(shù)來確定 1963年和1969年 。 § 是三維橋式起重機原型的原理示? 。?中梁向動裝置在梁上向 裝置提起負 上§移動。，2 ?，它移動的 大 速度和速度a別s，s ，s。440x= 480 kg/s , 480 N/V, 在 10y=40kg/s,0N/V。 起重機由三個 流 ?”機來 動。行進和橫動 動裝置由速度 ?控制器控制。像 中所?示的， 兩個精密的位置?感器，還 裝了一個角度?感器來測量 1中的新的擺角數(shù)據(jù)。這個角度?感器在1997年 中 詳細說明。主控制器 的? 機系統(tǒng)。以￡模?到數(shù)字，和數(shù)字到模?，還 數(shù)字 ˉ 出板。一個實時操作系統(tǒng) 于主控制器。 4? 負荷 ˙擺動實 ?定的 控制方案 ￠ 于控制起重機同時進行行進，橫動，吊裝動作，以 ? 美的性能評估。 4中的–面控制系統(tǒng) 過 ?控制§ l = 和角度§ ) = ) = d(L) = ，?立 與每一個行進，穿 動作，這 數(shù)是度的緩慢? ?！?控制裝置“ 了一個速度 ?控制器，所以，位置 ?控制程序 由et (1997)提出 以控制提 過程中的繩?…度。由此產(chǎn)生的–部控制 都在由主控制員實施的20 毫秒“周期中執(zhí)行 過了。7和 8a別˙負 擺動和 大負 擺動的實 。當起重機–速行進4 ，橫動2 時，繩?…度 ￡ ˙速§…到 理想的起重機位置 ?，是 過ˉ′自由角度速度概 (1979) ¨的，它是基于平均繩?…度¨出的。理想的繩?…度 ?是?立產(chǎn)生的。 示的 速度是 過位置信號編碼器 a，并利 ? 濾波器， ? ¨圓 。 注?的是， 速度的測量不?控制。 8? 負荷 大擺動實 7和 8表明 ?的負荷擺動對起重機動作的?o僅僅停留在? 的三秒鐘。反擺動控制器Kθ(s)盡量把負 擺動和因此產(chǎn)生的起重機 速度，所以，起重機的理想 ? 是行進與橫動動作 一秒的延遲。然而，繩?…度的控制是與負 擺動及起重機動作 互?立的。穩(wěn)定 態(tài)位置誤差–部并且負 擺動在起重機達到理想 ?兩秒鐘后 “。這 論與 ?? 數(shù) (33) - (36 是一致的，這 數(shù)的 點都 著￠夠的阻尼 減。我們 以 過觀察 中的速度與 速度來詳細了 起重機的動作。文中提出的控制方 在起重機同時行進，橫動，緩慢吊裝時的表 堪 美。學`們還在多種不同 態(tài)§做了額由于存在負 ? (23)，在負 ￡5千克§ 到30千克時，起重機的控制性能沒 ?到?o。即 ? 負 擺動達到了15度，這種執(zhí)行方案 能夠?！肫鹬貦C的穩(wěn)定性能。 ?別注?的是，?種吊裝速度和方式都 ￠付諸實 ，我們 以 ，在 的吊裝速度及模式§，§方都能 ?的工作。5. 論這項研究中，一個新的三維橋式起重機的?線性動力學模型產(chǎn)生，它建立在兩個自由度 旋轉角定義基礎上。新的動態(tài)模型 當于一個三連桿柔性機器?，還 著 靈活的運行方式。因次，這種靈活鏈 機器?的控制方以很 的 到控制三維橋式起重機之中。當新的動態(tài)模型線性化之后，它能夠控制起重機進行 和均衡的行進，橫動動作， 就是讓三維橋式起重機轉 過這一 ， 學` ?了一種新的控制 令來控制三維橋式起重機，這種控制是 過 ，根 ?，§的方 實 。理論和實 表明，以上¨出的控制方 既 以保證起重機符′快速阻尼擺動， 以保證精確控制起重機位置和繩?…度，因 的瞬時o ， 以根據(jù)實際? 來同時控制行進，橫動，和緩慢的吊裝動作。這種控制方 ?負 量，? 負 擺動，緩慢提 動作的?o很˙。因此，本研究中提出的新的動態(tài)模型和控制方案很 于工 。致謝這項研究是由a感謝這 支‰，? 感謝