高温熔融金属转运大型桥式起重机智能控制方法研究

摘要

高温熔融金属转运大型桥式起重机的防摆控制不仅具有普通桥式起重机的常见难点，还因熔融金属重心的变化，更具控制难度。为此，首先分析桥式起重机吊运过程的运动特性;依据机理建模的方法，利用拉格朗日方程为起重机系统模型建立了非线性方程组，并通过合理简化，得到桥式起重机系统的线性模型并分析了模型的特性。结合起重机系统数学模型和控制目标，设计了传统的闭环控制器，并在Matlab中进行仿真并对比结果。对比各类控制器的仿真结果得出PID控制器性能尚可。为解决传统PID控制动态特性较差、抗扰性能较弱的缺陷，利用模糊控制器不依赖精确数学模型的优点，结合参数整定方法，设计出起重机系统模糊自整定PID控制器。仿真结果表明，模糊自整定PID控制器不仅在定位及防摆控制方面优于传统PID控制器，还对系统内部参数变化不敏感，并且对于高温熔融金属转运大型桥式起重机的负载重心变化产生干扰的问题，具有尚可的控制效果。为解决模糊控制器量化因子和比例因子需要人为设置这一缺点，引入粒子群算法进行优化。并通过仿真对比说明了粒子群优化算法相比于遗传算法的优势。最后通过系列仿真结果，证明了经粒子群算法优化后的模糊PID控制器具有很好的控制效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 起重机系统建模

2．1 引言

2．2 桥式起重机系统三维建模

2．2．1 桥式起重机系统的动力学建模

2．2．2 基于拉格朗日方程的数学模型

2．2．3 系统模型的线性化

2．3．1 桥式起重机系统动力学建模

2．3．2 基于拉格朗日方程的数学模型

2．3．3 数学模型的线性化以及系统传递函数

2．4 系统特性分析

2．4．1 系统的状态空间方程

2．4．2 系统能控性

2．5 本章小结

第3章 起重机系统传统闭环控制

3．1 起重机系统Simulink模型及仿真

3．2．1 状态反馈原理

3．2．2 基于极点配置的起重机状态反馈控制系统

3．3．1 PID控制原理

3．3．2 PID控制器设计及仿真分析

3．4 本章小结

第4章 起重机系统模糊控制器设计

4．1．1 引言

4．1．2 模糊控制理论

4．1．3 模糊控制器

4．2 模糊自整定PID控制

4．3 FSPID控制器的设计

4．3．1 PID控制器初始参数的确定

4．3．2 模糊控制器量化因子、比例因子以及隶属度函数的确定

4．3．3 确定模糊控制规则和模糊推理

4．3．4 输出量的反模糊

4．3．5 FSPID控制器参数的求取

4．4 控制系统的总体设计及仿真分析

4．4．1 控制系统总体设计

4．4．2 仿真结果分析

4．5 不同起升绳长情况下的对比仿真分析

4．6 加入液态金属重心变化扰动干扰后的仿真分析

4．7 本章小结

第5章 基于PSO的模糊PID控制器

5．1 粒子群优化算法

5．1．2 标准的粒子群算法

5．1．3 线性递减惯性权重的粒子群算法

5．1．4 利用PSO寻优

5．2 基于PSO优化的FSPID控制器设计

5．2．1 目标函数(适应度函数)的确定

5．2．2 控制器模块设计

5．3 PSO优化的模糊PID控制系统仿真结果及分析

5．4 加入液态金属重心变化扰动干扰后的仿真分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 本文的不足及课题展望

致谢

参考文献

附录