起重船吊物系统的滑模控制研究

摘要

随着陆地资源的不断消耗，人们逐渐加大海洋资源的利用与开发，近年来海洋运输以及海洋工程得到了快速的发展。起重船是一种重要的海洋交通工具，在海洋运输业与海洋工程中实现货物与设备的转移时有着不可取代的作用。然而在起重船工作时，受到波浪的影响船体发生摇晃，致使起吊的货物发生摆动以及升沉位移。吊物大幅度的运动会撞击到甲板或其他设备，不仅威胁到了人员和设备的安全，还大大降低了货物转移的工作效率，造成了重大的经济损失。因此，需要研究起重船作业时吊物的动力响应，并对其施加控制作用，来抑制吊物的摆动和实现升沉补偿。
　　本文基于起重船面临的控制问题，以回转式起重船作为研究对象，建立其系统的动态方程。以滑模变结构控制理论为基础，设计起重船上起重机欠驱动部分以及驱动部分的控制方程，并基于李亚普诺夫渐进稳定性，在保证了欠驱动部分的自稳性以及驱动部分的稳定性的同时，得到滑模控制律。选取某个起重能力为2×8000吨的起重船，运用Matlab进行数值仿真，模拟对起重船吊物的控制过程。从仿真结果中发现滑模控制律对吊物很好的抑制了吊物的摆动并实现了对吊物的升沉补偿作用。最后讨论了控制系统对吊物质量的鲁棒性问题，得到了控制器对吊物质量的变化不敏感的结论。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 起重船简介

1．3 欠驱动系统

1．4 国内外研究现状

1．5 本文主要内容

2 起重船系统动态方程

2．1 船体六自由度运动

2．2 吊物摆动方程

2．3 电机方程

2．4 本章小结

3 吊物主动控制

3．1 控制理论发展过程

3．2 滑模变结构控制

3．2．1 滑动模态与滑模控制

3．2．2 滑模控制原理

3．2．3 滑模控制的抖振

3．3 吊物系统控制方程

3．3．1 方程解耦

3．3．2 滑模控制律

3．4 本章小结

4 仿真分析及结果

4．1 船体运动响应

4．2 控制效果及评价

4．2．1 相关参数

4．2．2 模拟工况1

4．2．3 模拟工况2

4．2．4 模拟工况3

4．3 系统鲁棒性

4．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢