抓斗卸船机小车-抓斗系统动力学建模及摆动控制研究

摘要

抓斗卸船机抓斗的摆动控制效果是影响其作业效率的一项重要指标，对于抓斗卸船机的摆动控制，通常采用输入整形方法，该方法需要建立小车―抓斗系统的精确动力学模型。然而，传统的建模方法通常将抓斗视为质点，并且未考虑抓斗开闭斗时重心的变化。本文通过建立小车―抓斗系统双摆动力学模型，对其开闭斗动力学特性和摆动控制进行了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴考虑抓斗的形状以及钢丝绳绳长的变化，利用拉格朗日方法建立了抓斗卸船机小车—抓斗系统双摆动力学模型，并利用四阶龙格库塔法对双摆模型进行了数值求解，得到了二阶摆角和角加速度的迭代关系式。⑵利用ADAMS软件建立了小车—抓斗系统三维动力学模型，分析了小车—抓斗运动平面的二阶摆动频率，验证了本文所建理论模型的正确性；对抓斗在开闭斗情况下的重心变化进行了分析，表明抓斗在不同状态（开、闭斗）会对重心产生影响。⑶提出了一种改进的ZV摆动控制方法，并考虑效率和安全，对抓斗的运动轨迹进行了规划，实例仿真表明，改进ZV方法具有很好的摆动控制效果；对相同控制参数下的单摆模型和双摆模型的控制效果进行了比较，表明基于双摆模型第一阶摆动频率得到的等效单摆模型能获得与双摆模型一致的控制效果。⑷利用VB6.0开发了小车—抓斗系统摆动控制仿真软件，通过该软件可以计算控制参数，得到小车与起升的规划速度曲线、抓斗重心运行轨迹和双摆的二阶摆角变化曲线图，并可对所提出的改进ZV方法的控制效果进行实时仿真分析。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的、意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 小车—抓斗系统双摆动力学建模与求解

2.1 模型建立

2.2 双摆模型简化及其求解

2.3 本章小结

第3章 双摆模型验证及抓斗重心变化分析

3.1 基于ADAMS的双摆动力学建模

3.2 双摆模型的自然频率和阻尼比

3.3小车—抓斗双摆动力学模型验证

3.4抓斗开/闭斗对重心的影响分析

3.5 本章小结

第4章 基于改进ZV方法的小车—抓斗双摆系统的摆动控制

4.1 改进ZV控制方法

4.2卸船机半自动运行路径规划

4.3小车—抓斗系统单摆与双摆模型动态特性比较分析

4.4小车—抓斗双摆系统ZV控制仿真实例

4.5 本章小结

第5章 小车—抓斗双摆系统防摆控制仿真软件设计

5.1软件总体设计

5.2软件功能与介绍

5.3软件实例展示

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献