桥式起重机防摇控制系统设计与研究

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随着科技水平的进步,自动化生产程度的提高,生产规模的扩大,桥式起重机在现代化生产过程中的作用越来越大。消除或抑制吊重的摆动对提高桥式起重机的工作效率、提高安全性、减轻操作工人的劳动强度具有重要意义,也是实现装卸自动化的大势所趋。论文的研究目标是期望得到桥式起重机精准定位的同时实现对吊重摆动的同步抑制。以往的研究工作大多将桥式起重机桥架结构视为刚性,建立起重机防摇动力学模型,忽略了桥架弹性变形对起重机定位和吊重摆动的影响,这种简化方式对之后的控制效果产生不利的影响。论文为了得到准确的起重机防摇动力学模型,真实描述吊重偏摆的运动规律,视桥式起重机主梁为弹性结构,考虑起重机主梁的横向变形,建立桥式起重机的三质量三自由度动力学模型。同时在MATLAB/SIMULINK中进行仿真分析,与常规桥式起重机二质量二自由度动力学模型的仿真结果进行比较,证明了三质量三自由度动力学模型的正确性和优越性。采用PID控制器分别对起重机位置及吊重摆角进行控制,由于起重机防摇控制模型较复杂,传统的参数整定方法无法达到理想效果,论文采用了优化算法对PID控制器的参数进行整定。考虑粒子群算法和模拟退火算法的优缺点,设计了一种SA-PSO混合算法对PID三个参数进行优化整定。仿真结果表明:针对定参数系统,优化整定后的PID控制器可以得到较好的控制效果。最后针对常规PID控制器自适应能力差等问题,以模糊控制理论研究为基础,结合PID控制技术和模糊控制技术,设计模糊自适应PID控制器。改变绳长、吊重质量、目标位移等输入参数,比较PID控制器和FPID控制器的控制效果,结果表明:FPID控制器控制的起重机防摇系统达到平衡状态的时间短,效率高,受外界扰动的影响小,具有良好的鲁棒性,是一种比较理想的控制方法。
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