集装箱门式起重机小车吊重系统偏摆控制及其仿真研究

摘要

起重机在工厂车间、港口码头、铁路和林区等场所都担任着实现货物搬运的重要角色，随着生产规模的不断扩大，运输制造业的不断发展，起重机的应用越发广泛，其自身的各方面性能和安全性要求也越来越高。本文以集装箱门式起重机为主要研究对象，旨在通过对集装箱门式起重机吊重偏摆进行控制，从而提高大型堆场码头的集装箱装卸效率，提高作业的安全性。为了实现吊重偏摆控制和精确对位，本文通过设计观测器与控制器构成的状态反馈控制系统来完成这一目标，研究工作主要从以下几个方面的内容展开：
　　（1）以小车、大车和吊重起升三个方向建立空间坐标系，基于广义坐标下的拉格朗日建模法建立了集装箱门式起重机小车吊重系统的空间数学模型，得出了小车大车的运动对各自方向上的吊重摆角是独立影响的结论。继而建立了集装箱门式起重机小车吊重系统的二维平面模型，并将非线性模型进行了简化，得到了系统的状态方程以及传递函数，并对系统的稳定性、能观性、能控性进行了分析。
　　（2）使用 MATLAB/Simulink软件建立了集装箱门式起重机的开环系统Simulink模型，分别对集装箱门式起重机小车起停阶段和小车停止后的吊重摆动阶段的动力学模型进行了仿真，验证了所建模型的精确性。
　　（3）由于集装箱门式起重机吊重摆角测量的技术难度较大，通过设置状态观测器，对状态变量进行估计测量，小车吊重系统与观测器组成了吊重摆角的软测量系统，节约了测量的成本，完成摆角的信息测量工作，获取的估计信息可以传递至偏摆控制系统。对于观测器应对不确定强干扰的鲁棒性问题，设计了滑模观测器，使其具有较好的鲁棒性。
　　（4）针对集装箱门式起重机小车吊重开环系统的不稳定性，用状态反馈控制法合理配置系统极点的大小和位置，将状态观测器与控制器结合构成集装箱门式起重机的偏摆控制系统，用仿真结果来检验偏摆控制的效果，验证了控制系统的有效性和实用性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文的选题背景与研究意义

1.2 起重机防摇控制及对位的相关研究

1.3 论文研究的主要内容

第2章 集装箱门式起重机吊重系统的动力学模型

2.1 起重机吊重系统的建模方法

2.2 拉格朗日非线性动力学方程构建

2.3吊重系统的状态空间和传递函数

2.4 集装箱门式起重机吊重系统动态特性分析

2.5 本章小结

第3章 基于Simulink的集装箱门式起重机吊重系统的动态仿真

3.1 系统的动力学仿真

3.2 MATLAB/Simulink仿真技术

3.3 小车吊重系统的仿真分析

3.4 本章小结

第4章 集装箱门式起重机吊重摆角的软测量系统

4.1 基于小车位置信息的龙伯格观测器

4.2 基于不确定非线性系统的滑模观测器

4.3 本章小结

第5章 基于状态观测器的集装箱门式起重机控制系统

5.1 状态反馈闭环控制系统

5.2 集装箱门式起重机小车驱动力控制

5.3 集装箱门式起重机的状态反馈控制方案

5.4 集装箱门式起重机吊重偏摆控制效果的仿真

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 不足与展望

致谢

参考文献