船舶起重机消摆控制策略研究

摘要

在船舶运输中，为了提高运输能力和降低运输成本，控制船舶的运营时间是重要的一环。船舶的停泊时间和航行时间决定了船舶运营时间的长短。对于商船来说，为了能够减少停港时间，可通过提高货物的装卸效率来实现。船舶起重机是一种蕴藏危险系数较高的大型机械，经常被用来补充港口装卸设备不足及船舶间的货物过驳。装卸货物时吊钩的摆动造成货物定位时间长，装卸效率降低，甚至货物与甲板相撞，造成经济损失及人员伤亡也时有发生。随着经济与生产的迅速发展，人们对装卸效率与安全生产的要求更高，于是起重机摆动控制的研究越来越受到重视。
　　本文以集美大学轮机工程学院液压实验室2吨3米船舶液压起重机为研究对象。先采用高精度电位器，测量吊钩摆动的面外角和面内角;建立由研华IPC-610L工控机、PCIE-1816数据采集卡及PCI-1720U输出控制卡等构成高速数据采集硬件系统，完成起重机在回转、变幅、回转与变幅同时操作情况下的操作比例伺服阀的控制及吊钩摆角采集，然后分析吊钩摆动情况为后续消摆控制提供参考。其次，建立了吊臂回转角度和变幅角度的测量装置，建立了由传感装置与高速数据采集硬件系统构成的消摆控制硬件系统，完成基于Visual Basic开发平台的消摆控制软件系统的开发。最后，通过实验，分别研究了经典PID控制和时间延迟反馈控制对吊钩消摆的作用，通过分析对比实验数据，得到最佳的控制器参数。
　　结果表明:建立的吊钩消摆控制硬件和软件系统能实时反映吊钩摆动角度的变化;基于吊钩面外角的时间延迟反馈控制器的消摆效果优于经典PID控制器;时间延迟反馈控制信号叠加到回转操作信号的方法与另外二种叠加方法相比，具有较优的消摆控制效果。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究情况

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 实验室起重机消摆控制系统设计

2．1 实验室起重机基本组成及工作原理

2．1．1 实验室起重机基本组成

2．1．2 实验室起重机工作原理

2．1．3 比例伺服阀的工作原理

2．2 实验室起重机消摆控制硬件系统

2．2．1 传感器测量装置及安全限位

2．2．2 数据采集硬件系统构成

2．3 消摆操作控制软件编程

2．3．1 Visual Basic开发平台简介

2．3．2 Visual Basic开发界面设计

2．3．3 ActiveX控件与程序重要语句

2．4 本章小结

第3章 基于经典PID消摆控制研究

3．1 经典PID控制器

3．2 实验室起重机吊钩摆动实验

3．3 经典PID消摆实验

3．3．1 比例(P)控制器

3．2．2 比例微分PD控制器

3．4 起重机操作控制死区

3．5 本章小结

第4章 基于时间延迟反馈消摆控制研究

4．1 时间延迟反馈控制技术

4．2 时间延迟反馈消摆实验

4．2．1 单纯回转操作的时间延迟反馈消摆实验

4．2．2 变幅与回转同时操作时的时间延迟反馈消摆实验

4．3 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献