起重机吊摆系统的动力学分析与防摆控制研究

摘要

起重机是现代生产中不可或缺的一种机械设备，在各个生产领域都有着广泛的应用，从而实现了生产机械化，带来了经济效益。但是起重机在作业过程中会产生负载摆动，严重影响了工作效率及安全性能。为了使起重机能安全、高效的工作，亟需设计出有效的控制方法来抑制系统的摆动。本课题即是在此背景下，对起重机吊摆系统进行动力学分析与防摆控制的研究。
　　本文以模型相对复杂的塔式起重机和挺杆式起重机吊摆系统为研究对象，建立了两种系统的三维非线性动力学模型，采用软件Matlab对两种系统进行了动力学特性分析，从系统响应、运动相图以及运动轨迹三个方面详细研究了系统在不同运动作业形式和不同初始条件下的动力学特性，得到系统在各种外在条件影响下的运动规律。
　　基于准确的数学模型，本文提出了时滞位移反馈控制方法，依据两种系统自身的运动形式，理论推导出了两种系统的控制方程，结果显示两种控制方程均为非线性、中立型时滞微分方程。根据方程特点，采用稳定性切换方法对两种系统的控制方程进行了稳定性分析，得到了稳定性区域图以及控制参数与系统阻尼的关系，这为选取合适的控制参数提供了理论依据。
　　为了验证控制方法的有效性，本文采用基于FORTRAN语言编写的DDE Solver程序进行求解。数值求解了两种系统在不同作业运动形式和不同初始条件下的运动响应，并与无控系统响应相比较，仿真结果表明，该控制方法能有效抑制两种吊摆系统的摆动，且对外界干扰影响较小。

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图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 起重机吊摆系统的动力学建模与分析

2.1 引言

2.2 拉格朗日分析原理

2.3 起重机吊摆系统的动力学模型

2.4 挺杆式起重机吊摆系统的动力学特性分析

2.5 塔式起重机吊摆系统的动力学特性分析

2.6 本章小结

第三章 起重机吊摆系统防摆控制方法的研究

3.1 引言

3.2 时滞位移反馈控制方法的研究

3.3 本章小结

第四章 起重机吊摆控制系统的稳定性分析

4.1 引言

4.2 时滞微分方程稳定性分析理论

4.3 起重机吊摆控制系统的稳定性分析

4.4 本章小结

第五章 起重机吊摆控制系统的仿真分析

5.1 引言

5.2 时滞控制系统数值求解方法

5.3 挺杆式起重机吊摆控制系统仿真分析

5.4 塔式起重机吊摆控制系统仿真分析

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 论文的主要工作

6.2 后续研究工作与展望

参考文献

致谢

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