起重船吊物系统的摆动分析及其控制研究

摘要

起重船不仅是港口船舶装卸的重要工具，而且在港建水工作业、造船工程、桥梁建筑、水下救捞以及各种海洋工程中均具有广泛的用途。起重船在起吊货物时，海上波浪的作用会引起船体的运动，导致吊物的摆动加大，给起吊操作带来危险，有时被迫中止起吊作业。 本文研究起重船上的吊杆起重机工作时，吊物的摆动分析及其控制。利用延时定位反馈的概念来开发出一种新的控制系统，减小起重船上吊物的摆动，使得本来不能进行起吊作业的海况下可以进行货物的起吊与运送。 1.起重船作业时，船体因受到海浪作用而发生的运动与吊物的运动相互耦合，这使得研究吊物系统的动力问题复杂化。本文忽略了吊物运动对船体的影响，假定吊杆上的吊物点P处由于船体运动而产生的运动为已知，并将它们作为对吊物系统的基础激励。本文重点是将吊物系统简化为球摆模型，推导了平面内、平面外的耦合非线性运动方程组。研究吊点激励对该系统产生的最危险的情况(称极端情况)的存在以及吊物系统的动力响应，并进行了分析讨论，得出非常有益的结论。 2.研究延时定位反馈控制理论，明确其原理，同时讨论了它的稳定区域；并提出将这种控制方法用在起重船吊物摆动的控制上。 3.根据延时定位反馈控制器的要求，结合起重船吊物摆动的特点，设计了延时定位反馈控制器。 4.为了验证延时定位反馈控制器的可行性，本文以T-ACS起重船为例进行了计算机模拟。结果表明，设计合理的延时定位控制器，可以明显的减小吊物的摆动幅度。 本文通过对起重船吊物系统的动力分析，给出了吊物摆动角的非线性方程组。为了减小吊物的摆动，研究了延迟定位反馈控制方法，成功地设计了一种控制器。模拟结果表明，吊物的摆动可以得到明显地控制，因此这种控制方法，一旦制成系列的延迟控制器应用到起重作业工程实际中，将可以带来很大的经济效益。

目录

文摘

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第一章综述

1.1国内外的研究情况

1.2本文的主要工作

第二章起重船在波浪中的运动

2.1基本假定

2.2坐标系的建立及相互之间的转化

2.3船舶在波浪中运动响应幅值的求解

第三章吊物系统的动力分析

3.1吊物系统的数学模型

3.2吊索中产生的动张力响应

3.3基座激励下球摆的运动分析

第四章延时反馈控制理论

4.1控制系统中的时间延迟

4.2控制信号中的附加延迟

第五章控制系统的设计与分析

5.1吊物系统上的延迟定位反馈

5.2受控系统的稳性分析

5.3控制器的设计

第六章计算机模拟

6.1计算机模型

6.2数值模拟

结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢