智能化塔式起重机欠驱动控制算法研究与系统设计

摘要

随着现代工业的飞速发展，塔式起重机在各个领域的用途越来越广，然而负载在调运过程中的摆动问题会给施工带来安全隐患，这也成为了目前关注的焦点。塔式起重机的电气控制系统日益复杂化，核心控制器与外围设备的通信量大大增加，导致现有的控制装置已无法满足这种集成化和高性能的要求。因此，探索与研究一种可靠有效的防摆、消摆方法对于安全施工有着重大的意义，同时设计一款新型稳定的高性能控制器对于提升塔式起重机的安全操作、实现控制算法以及建立设备之间的通信越来越重要。
　　本文首先介绍了课题的来源、背景和意义，对塔式起重机的发展现状进行了论述。针对几种典型的控制策略，介绍了在不同控制方法下起重机防摆、消摆研究所取得的成果；在此基础上提出了当前塔机控制方面亟待解决的问题。其次通过对比研究了全驱动机械系统和欠驱动机械系统在控制算法上的区别。结合机械系统的拉格朗日建模方法，给出了欠驱动机械系统的拉格朗日建模的步骤；根据塔式起重机的实际工作情况，抽象并建立了三维的塔机模型，并应用拉格朗日建模的步骤给出了三维塔机模型的具体表达式，将其线性化后利用Simulink仿真得到了被控制量的输出曲线，从而在一定程度上验证了建模的合理性。再次，在得到的三维动力学模型的基础上，采用欠驱动控制理论中的部分反馈线性化法对塔机控制系统的控制量进行了变换，在实现系统输入量与输出量的解耦后，系统形成了闭环。在Simulink中搭建了完整的塔机运动控制系统并通过在不同的初始状态下得到的仿真结果证明了该控制方法对于塔机防摆的有效性和快速性。再次，充分利用模块化的思想，设计了完整的控制系统的结构与功能，详细地描述了基于DSP28335的具备远程升级功能的新型控制器中各个模块的设计方法，并对输入输出控制、欠驱动防摆算法的实现以及与外界设备的通信等软件设计进行了阐述。最后，在搭建了完整的系统实验平台的基础上，按照系统应有的功能和预期设计，对控制系统总体的工作效果进行了验证，最后在工业环境下对控制器的基本功能进行了测试，得到了理想的效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 本课题的国内外研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 塔式起重机动力学建模

2.1引言

2.2 机械系统建模

2.3欠驱动机械系统的运动学建模

2.4塔机控制系统动力学建模

2.5本章小结

第3章 塔式起重机欠驱动控制算法研究

3.1引言

3.2欠驱动机械系统控制理论

3.3 塔机欠驱动系统防摆控制

3.4 塔机防摆控制仿真验证

3.5 本章小结

第4章 塔机新型控制系统终端设计

4.1引言

4.2系统控制终端的硬件设计

4.3 系统控制终端的软件设计

4.4 GPRS远程升级

4.5本章小结

第5章 智能化塔机控制系统功能测试

5.1 系统实验平台的构建

5.2 新型控制器控制功能测试

5.3.新型控制器通信功能测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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