欠驱动桥式吊车信息融合防摆控制系统研究

摘要

桥式吊车是一种横架于车间、仓库、建筑工地等上空常用的起重设备，由于其非线性特性和欠驱动特性，目前仍然没有一种合适的方法能够实现良好的自动控制。如何解决运行效率与负载摆动之间的矛盾，是桥式吊车实现自动控制的关键问题。本文对桥式吊车系统进行了深入的研究，完成的工作包括以下几个方面。
　　首先分析了桥式吊车的机械结构及其工作原理，采用欧拉——拉格朗日运动方程建立数学模型，从数学模型上和数学仿真上分析系统的运动学特性。
　　接着深入研究了信息融合估计理论及其算法，探讨了线性和非线性信息融合最优跟踪控制算法及其设计方法，分析了信息融合算法中关于信息权重矩阵、预见步数和迭代初值的选取问题。对于性能指标函数中存在的期望控制量不为零、控制受限等问题也进行了初步的分析和探讨。此外，针对系统中不能直接观测的状态，构建一个状态观测器估计系统的其它状态。
　　然后根据信息融合控制算法的统一量测模型及其吊车控制的需要，将吊车控制问题转化为一个包含输出误差约束与控制能量约束的二次型性能指标函数的最优控制问题，基于信息融合控制理论，提出了桥式吊车控制算法，并针对桥式吊车中出现的吊绳长度状态量有稳态误差的问题，结合PID算法，设计一个双环吊车控制器。仿真结果证明，设计的桥式吊车控制器具有良好的控制效果。
　　最后搭建了一个小型的桥式吊车实验平台，设计吊车运动控制卡，编写下位机驱动程序和上位机界面，在实物平台上验证算法的有效性。实验结果表明，基于信息融合的吊车防摆控制器具有良好的控制效果。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

缩略词

第一章 绪论

1. 1 课题研究背景及意义

1. 2 桥式吊车控制系统研究现状

1. 3 信息融合控制理论研究现状

1. 4 论文研究的主要内容

第二章 桥式吊车系统建模及动力学特性分析

2. 1 引言

2. 2 桥式吊车系统数学建模

2. 3桥式吊车控制系统仿真及模型分析

2. 4 桥式吊车系统动力学特性分析

2. 5 本章小节

第三章 信息融合控制方法

3. 1 引言

3. 2 信息融合估计

3. 3 信息融合控制算法

3. 4 基于信息融合估计的状态观测器的设计

3. 5 本章小节

第四章 桥式吊车信息融合控制算法

4. 1 引言

4. 2桥式吊车的控制问题描述与转化

4. 3 桥式吊车信息融合跟踪控制器的设计

4. 4 桥式吊车实验平台仿真分析

4. 5 本章小节

第五章 桥式吊车实验平台的设计和实现

5. 1 引言

5. 2 桥式吊车硬件平台设计

5. 3 桥式吊车软件设计

5. 4 桥式吊车实际控制效果

5. 5 本章小节

第六章 结论

6. 1 论文主要结论

6. 2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文