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(xué)機械工程學(xué)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(chǔ)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 起重的度保不緩慢 化。 學(xué)了種方式來控制負荷擺動。起重機系統(tǒng)的 量本上于系統(tǒng)的產(chǎn)出量，這 的控制 雜化。 起重機的控制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 的 。981)提出控制是穩(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(chǔ)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(xué)模型，這種模型建立在球面坐標(biāo) 1970年和格林伍德，1988年 基礎(chǔ)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(yù)期 的動力學(xué)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(dāng)于一個具 靈活風(fēng)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 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，這項研究到一 論。坐標(biāo)的定義1表示三維橋式起重機及負 的坐標(biāo)系。坐標(biāo)系中個移動的坐標(biāo)系的起點是固定坐標(biāo)系中的(x, y, 0)點。移動坐標(biāo)系的每一個軸都與固定坐標(biāo)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 重機 重 1三維橋式起重機的坐標(biāo)系負 在固定坐標(biāo)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,坐標(biāo)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(zhuǎn)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 拉格朗日方程推 出來的，中別與之 的是 義坐標(biāo)中的X, Y ,L,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(dāng)三維起重機的動態(tài)模型 以 化ee et 1997) ，它沿著 當(dāng)時，如此。這個動態(tài)模型 當(dāng)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(dāng)，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(xué)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 繩的度來式起重機的 大 速度是于重力 速度的，而且當(dāng)起重機工作時繩子的度是保不 慢慢 的。此次研究認 例子很于擺動，當(dāng)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，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(zhuǎn) 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(chǔ)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(zhuǎn) 控制器的 ， 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 量，然后起重機的動力 以 拉 以到式 24 以到面的轉(zhuǎn) 數(shù)中 數(shù)，而V(s 和U s 別是次，速度 控制器s 在Gt s 基礎(chǔ)上 過 方式 的。第一， 數(shù)s 是 過 式s =進行 修 (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 。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 起重機的速度轉(zhuǎn) ，起重機的 就是一個速度 的例子。正如上述，s 的 是基于 修方 。 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K(s)。Gl s 由式 22 到這 。K(s)的 是基于s 和Gl s 根 的基礎(chǔ)上。面控制系統(tǒng)的根 的推 如 5所示， 過 K(s)的 點和 點 在 的位置，然后出K(s)這 0。s/的目的是s 中的 /s。然后，當(dāng)K(s)的 出直 轉(zhuǎn) 系統(tǒng)s 的 時，K(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)來個 數(shù)在 4中 示每一個 量和 出量。 數(shù)中L = 1 m ， 的控制中Gc s 由面式定義正如預(yù)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 的能力。/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，并且，穩(wěn)定 態(tài)的擺角 不會 的 線。5面控制系統(tǒng)的根 擺動 控制繩度緩慢 化?；诶K度保不 的 ， 學(xué) 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(zhuǎn) 控制器的 ，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， 以 繩度。在這項研究中，能 對繩度的 定了是格。 說，每一個繩度L，都 與之 對 的，n，們 于控制系統(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 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(dāng) 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(dāng)繩度 L 緩慢 化時， 數(shù) t 在緩慢 化。當(dāng)| L| 和| (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 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 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 8別負 擺動和 大負 擺動的實 。當(dāng)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 ，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僅僅停留在 的三秒鐘。反擺動控制器K(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(xué)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。即 負 擺動達到了15度，這種執(zhí)行方案 能夠保起重機的穩(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(xué)模型產(chǎn)生，它建立在兩個自由度 旋轉(zhuǎn)角定義基礎(chǔ)上。新的動態(tài)模型 當(dāng)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(dāng)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(zhuǎn) 過這一 ， 學(xué) 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 ， 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 。致謝這項研究是由感謝這 支， 感謝