钢丝绳变幅起重机吊重垂振动力学模型与卷筒调速减振研究

摘要

钢丝绳变幅起重机由于采用挠性变幅，吊重在垂振方向上更易产生振动，相对于吊重摆动，俯仰臂架—吊重系统的垂振会产生很大的动载，不仅对起重机结构产生动力冲击，而且在起重机侧向大工作幅度作业时可能会造成整机的倾覆，影响运行安全。
　　本文对钢丝绳变幅起重机的吊重垂振系统进行动力学分析，根据系统的动力学特性提出卷筒调速减振这一理论方法，并对其控制方案展开了研究，对提高起重机作业安全性方面具有指导意义。论文的主要工作包括：
　　（1）采用集中质量法，忽略吊重的摆动，考虑钢丝绳弹性，利用动力学平衡原理，建立了两类绳索变幅补偿吊重水平位移(滑轮组补偿法和卷筒补偿法)下在变幅平面内吊重垂振的动力学模型。对其进行了动态特性分析，提出了通过调节变幅和起升卷筒转速引入系统阻尼来消除吊重非工作振动的方法，并推导了两类绳索补偿法下的卷筒调速理论方程式。
　　（2）对吊重垂振系统动力学模型进行数值计算，得到了动力学方程中各系数与臂架仰角的关系式，通过理论计算吊重垂振系统二阶振动频率对比Adams仿真振动分析结果，验证了本文所建立的动力学模型的正确性；利用 MATLAB计算了吊重垂振系统在初始激励下无阻尼系统响应、卷筒调速使两阶模态引入不同阻尼方式和参数值下的系统响应及此时的卷筒调速理论曲线，表明了恰当的卷筒调速可迅速减小吊重系统非工作垂振，并得到了比较合适的阻尼参数值。
　　（3）基于吊重垂振系统动力学模型和卷筒调速的理论方程，首先设计了常规PID的控制系统，仿真验证了PID控制系统能实现精确的卷筒调速消除吊重的非工作振动，并研究了常规PID控制器对吊重垂振模型参数（吊重质量、起升绳长度和臂架仰角）变化的适应性；然后，在此基础上为实现PID控制参数的自整定，改进为模糊自适应PID控制器，通过仿真结果得出了模糊PID控制响应速度更快、对模型参数变化有很强的适应性，提高了系统的动态性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的目的与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本文研究的关键问题

第2章 吊重垂振系统动力学建模与分析

2.1引言

2.2变幅平面内的吊重垂振系统动力学模型

2.3振动特性研究

2.4卷筒调速减振方程

2.5本章小结

第3章 吊重垂振模型验证及卷筒调速分析

3.1门机吊重垂振系统的基本参数

3.2门机吊重垂振系统动力学模型数值计算

3.3门机Adams虚拟样机模型

3.4系统动态响应计算

3.5本章小结

第4章 卷筒调速减振的模糊PID控制研究

4.1门机吊重垂振系统的Simulink框图与传递函数矩阵

4.2 闭环PID控制系统

4.3卷筒调速减振的PID控制仿真

4.4模糊自适应PID控制

4.5本章小结

第5章 总结与展望

5.1全文总结

5.2全文展望

致谢

参考文献