起重机智能防摇控制系统设计及应用研究

摘要

随着近几十年来港口业务的蓬勃发展，起重机成了生产领域重要的物料搬运设备，然而在实际生产过程中，起重机司机一般通过操作经验，通过控制小车的水平移动，来实现对吊重的快速定位，由于操作水平的不同，不能有效的控制安全性和生产效率。在现代化工业生产中，为降低安全风险和提高生产效率，对起重机的安全和吊重定位的要求也日渐提高。同时随着智能化港口建设的需要，要求提高港口操作机械的智能化水平，同时也要实现港口使用设备的节能减排，因此桥式起重机智能化防摆动控制和工作效率的提升是起重机未来发展的重要方向，也是当前国内外研究热点。
　　由于起重机吊重系统是一种非线性系统，其具有多变量和强耦合性，在吊重负载变化或其他干扰因素作用下又具有不确定性，采用传统PID控制器时达不到预想的控制要求,本文提出将模糊控制与PID控制相结合，研究设计模糊自适应PID控制器应用于起重机智能防摆动控制系统中。论文主要工作及取得成果如下：
　　（1）介绍了起重机防摇控制技术的现状和趋势，在此基础上阐述了桥式起重机智能化防摇摆控制的研究意义和目的，并分析了研究主要内容及关键点。
　　（2）分析了桥式起重机的结构和控制系统组成，根据起重机系统物理模型，运用拉格朗日方法对系统建模，再经过线性化和简化，得到起重机吊重系统的二维运动数学模型，对其进行特性分析，证明该系统的能控性和可观测性。
　　（3）分别比较了PID控制和模糊控制的控制优缺点，提出模糊自适应控制策略，该策略以小车实际输出位置与参考位置之差作为控制量，同时将负载的摆角也作为控制量，形成双闭环控制。通过仿真对比分析，可以实现对小车位置和负载摆角的有效控制，达到在有限时间内快速稳定的自适应控制要求。
　　（4）将模糊自适应PID防摇控制策略应用于起重机防摇控制系统中，设计了起重机智能防摇控制系统，开发了控制程序，并在实际吊车系统中进行测试验证。从试验结果看该控制策略是可行的，能够使吊车在工作时负载摆动迅速趋于稳定，响应速度较快，同时有限时间内工作效率得到了提升，取得了较好的控制效果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外起重机防摇研究现状

1.3 本课题研究的意义及主要内容

第二章 桥式起重机结构、功能及数学建模

2.1 桥式起重机概述

2.2 桥式起重机结构及控制系统组成

2.3起重机吊重系统数学模型建立

2.4起重机吊重系统特性分析

2.5本章小结

第三章 起重机模糊PID防摇控制方案研究设计

3.1起重机PID防摇控制系统研究

3.2起重机模糊防摇控制系统研究

3.3 模糊PID控制系统研究

3.4本章小结

第四章 起重机防摇控制系统设计及实现

4.1 电气控制系统总体方案设计

4.2 电气控制系统硬件设计

4.3 大小车速度控制设计

4.4 桥式起重机变频调速系统设计

4.5系统软件开发

4.6起重机防摇试验研究

4.7本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢