機(jī)械專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--三維橋式起重機(jī)的建模與控制 中文版【優(yōu)秀】

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美國機(jī)械工程師協(xié)會期刊—?jiǎng)恿ο到y(tǒng)測量與控制雜志 1998年12月三維橋式起重機(jī)的建模與控制水源大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系 是基于新定義的雙自由度擺角建立的。此模型描述了起重機(jī)同時(shí)行進(jìn)橫動和吊裝運(yùn)動，以及由此產(chǎn)生的負(fù)荷擺動。本文提出了一種能夠減弱震動的反搖擺控制方案，此方案是建立在線性化動態(tài)模型穩(wěn)定平衡的基礎(chǔ)上。這個(gè)方案不僅能夠保證迅速的阻尼負(fù)荷擺動，而且能夠保證對起重機(jī)吊裝位置的精確控制，同時(shí)根據(jù)實(shí)際的行進(jìn)橫動和緩慢的吊裝動作來確定起重機(jī)的負(fù)荷量，并且本文給出了實(shí) 證。1. 橋式起重機(jī) 于工 上運(yùn) 重 。 是，起重機(jī)的 速 運(yùn)動，這 是會 起不 負(fù)荷擺動， 速度 大 的負(fù)荷擺動 大。負(fù) 的 起 負(fù)荷擺動 重。這 不 ?的負(fù)荷擺動￠ ￡?￥?§荷'“，?? 生?fi。起?，橋式起重機(jī)工作時(shí)， ?負(fù) 的· 位置?于?? 能的?”，并 ?起重?的…度保‰不?緩慢 化。 學(xué)`′?了?種方式來控制負(fù)荷擺動。起重機(jī)系統(tǒng)的 ˉ量本?上˙于系統(tǒng)的產(chǎn)出量，這 ¨ ?的控制? ?雜化。 起重機(jī)的控制?ˇ對起重機(jī)運(yùn)動的控制，對負(fù) 提 的控制以及對負(fù)荷擺動的—制。和 1979 了一個(gè) ˙時(shí) 控制的? ，這個(gè)? 是?于在 速的 和 時(shí) – 的? §，起重機(jī)速度a 的 。981)??提出?控制是o穩(wěn)定 于負(fù) 的擺動力。1985)提出來一種 控制運(yùn) ，這種 的 是? 的 荷擺動 1987) ?了一種反 控制 ，這種控制 來源于根 ? 。995)??提出?線性控制運(yùn) ，它建立在一種?? 動方 的基礎(chǔ)上，這種方 在負(fù) 量 大于起重機(jī)?量時(shí)才 ￥。1996)討論了起重機(jī)提 重 時(shí)，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性? 。997)提出反搖擺控制 ，這種方 既保證了負(fù)荷擺動的快速減弱，又保證了對起重機(jī)位置的精確控制。所 上述研究的重點(diǎn)是對二維橋式起重機(jī)的控制，這種起重機(jī) 能進(jìn)行行走和 起動作。然而，在大多數(shù)工廠和倉庫，三維橋式起重機(jī) 。1988)創(chuàng)￡了一種三維橋式起重機(jī)的動力學(xué)模型，這種模型建立在球面坐標(biāo) 1970年和格林伍德，1988年 基礎(chǔ)上。然后他們 ?了一種依靠起重機(jī) ?來控制的方 ，這種方 是以依照預(yù)期? ?的動力學(xué)模型線性模型是 互聯(lián)系的，并且它的參數(shù) 于起重機(jī)的 ?，這讓與控制 ?的 ?和 ¨?雜。這 控制 是負(fù)荷擺動，因此，這 控制在起重機(jī)的工作中￡?了很多的位置誤差。文中提出了對三維橋式起重機(jī)的建模及控制的實(shí)際 方案，文章還–面講述了在建模與控制中的負(fù)荷擺動， 起動作及負(fù) 起重? 。首先，文中精確的 釋了與起重機(jī)行走 ?的新雙向自由擺角? ，以及三維橋式起重機(jī)的后文章提出了一個(gè)?于起重機(jī)的新的?線性動態(tài)模型，這個(gè)模型以新的擺角就 當(dāng)于一個(gè)具 靈活風(fēng)格的三 節(jié)機(jī)器?。?次，這個(gè)新的動態(tài)模型圍繞豎直方向的穩(wěn)定平衡來進(jìn)行線性化。然后由此產(chǎn)生的動態(tài)模型是與起重機(jī)的行走與橫動 互均衡的，并且模型的參數(shù)與起重機(jī)的 ?無?，值¨?注的是，這 ¨控制? 單化。根據(jù)這個(gè) 論，文章提出了一個(gè)新的減弱反擺角控制方案，此方案保證了對起重機(jī)位置及重 起的精確控制，還保證了負(fù) 擺動的快速減弱，這是起重機(jī)運(yùn)行，穿 和緩慢起重動作的實(shí)例。文章的?余 排如§。第二部a 說明的是，三維橋式起重機(jī)的?線性動態(tài)模型是建立在新的雙向自由度旋角之上。第三部a的說明中，?線性動態(tài)模型 線性化了，然后文中 過 系統(tǒng)進(jìn)行修正，依靠根 ? ?了一個(gè)新的減弱反擺動控制方案，并¨到了程序控制的方 。第四部a中，這個(gè)減弱控制方案致力于對三維橋式起重機(jī)原型的性能評估。第五部a，這項(xiàng)研究¨到一 論。坐標(biāo)的定義1表示三維橋式起重機(jī)及?負(fù) 的坐標(biāo)系。坐標(biāo)系中個(gè)移動的坐標(biāo)系的起點(diǎn)是固定坐標(biāo)系中的(x, y, 0)點(diǎn)。移動坐標(biāo)系的每一個(gè)軸都與固定坐標(biāo)系中 對 的軸平行。義它在 中沒 表示出來。這個(gè)點(diǎn)沿著梁向且梁和是負(fù) 在 ??方向上的旋角，它一共 兩個(gè)部a?θθ 重機(jī) 重 1?三維橋式起重機(jī)的坐標(biāo)系負(fù) 在固定坐標(biāo)系中的位置由方程 1 2 3 定??中。本次研究的目的是控制起重機(jī)和負(fù) 的運(yùn)動，因此X, Y ,L,θ坐標(biāo)系確定的。重機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動方程是利 拉格朗日方程推到出來的(970)。在本項(xiàng)研究中，負(fù) 認(rèn)群，而繩子的?量和硬度是忽略的。動能，而勢能， 以§方程? ?中進(jìn) ,Y 橫動 ,L 起落…度 是由起重機(jī)?量和回轉(zhuǎn)件的?￥?量組?，比如 動機(jī)， ?。m，g，?量，重力 速度和速度。是由§面方程 定?拉格朗日和 利的 數(shù)義?y，,L ?的 阻尼系數(shù)。起重機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動方程由 L, F ˉ拉格朗日方程推 出來的，?中a別與之 ?的是 義坐標(biāo)中的X, Y ,L,θ此 f x，f y，f Y ,力。由于上述的擺角?性，三維橋式起重機(jī)的動態(tài)模型 以§?點(diǎn)?當(dāng)三維起重機(jī)的動態(tài)模型 以 化ee et 1997) ，它沿著 當(dāng)時(shí)，如此。這個(gè)動態(tài)模型 當(dāng)于一個(gè)具 靈活方式的三 節(jié)機(jī)器?(991). 說，動態(tài)模型 ( 9 )13 ) 以由§面 向量表示?中 態(tài)向量q， 動力向量f，重力向量g q ，還 減 定和5 × 5對 A / Q 以很 由q ¨到，當(dāng)，是確定的。5 × 5 利 力 C(q, q)，它?￠，這能￡。 ?在本節(jié)中，一個(gè)新的反擺動控制方案 提出。首先，?線性動力學(xué)模型 線性化，?次?對繩子…度不 的￥實(shí)，文中 ?了一個(gè)新的減弱反搖擺控制方案，第三，一個(gè)?立的繩子…度控制器 ?出來，它 與§方 同時(shí) “?。 后， 過慢慢? 繩?的…度來a式起重機(jī)的 大 速度是˙于重力 速度的，而且當(dāng)起重機(jī)工作時(shí)繩子的…度是?！氩??慢慢? 的。此次研究認(rèn) 例子很于˙擺動，當(dāng)x，y，，時(shí)，它和三角 數(shù) –，?線性模型中的?? 以忽略。然后?線性模型 (9) - (13)以 化的線性模型?這種線性動態(tài)模型，?ˇ運(yùn)行動態(tài) 15 和 16 ，橫動態(tài) 17 和 18 ，和?立· 的動態(tài)負(fù) 19 。這種直行和橫動是 ?并且均衡的，這說明對三維橋式起重機(jī)的控制 以轉(zhuǎn) 同負(fù) 提能力的二維橋式起重機(jī)的控制。這項(xiàng)研究還 ?了反搖擺控制 ，這種方于同時(shí)控制直行和橫動動作。同時(shí)研究還依據(jù)負(fù) 提 力 19 ?了繩?…度的控制方 。?…度的反搖擺控制 本節(jié)中，一個(gè)二維橋式起重機(jī)控制器的新 ?方 提出，這種方 是基于線性模型的基礎(chǔ)上，利 了 和根 ?的方 。這種方 以不?負(fù) ?量·制(1987 u et 1995)。系統(tǒng)的 ?。在實(shí)?中，由于起重機(jī)是由? ? ?控制器的”動機(jī)來控制 ?中的力 以忽略 ，所以 動力f 以忽略，因和梁的動力，速度值 是他們的100…。因此，在實(shí)際? 中，u t?正比，對于轉(zhuǎn) ?控制器的 ˉ， 如§‰式?這 。然后，動態(tài)模型(15) 和 (16) 以 ?這 ?首先，是 ?系統(tǒng)中起重機(jī)動力的? 。于是 ?? ?中確定的新的 ˉ量，然后起重機(jī)的動力 以 ??拉` 以¨到‰式 24 以¨到§面的轉(zhuǎn) 數(shù)??中 數(shù)，而V(s 和U s a別是?次，速度 ?控制器s 在Gt s 基礎(chǔ)上 過 方式 ?的。第一， ?? 數(shù)s 是 過 ‰式s =進(jìn)行 修ˉ (et 1992)¨到，然后¨出 論，s 是由‰式s =s /Gt s ¨出?中v 大，控制的穩(wěn)定性 ?。 是 會 致¨ 原件產(chǎn)生??。 2是速度 ?系統(tǒng)的示? 。 以¨出速度 ?系統(tǒng)的?? 數(shù)s ?此 系統(tǒng)的參 ˉ。起重機(jī)的 動器 時(shí)是 速度 ?系統(tǒng)控制，而不是 ? ?控制器。這種 ?方 (et 1997)很? 。 速度 ?控制器 起重機(jī) 動力2?速度 ?系統(tǒng)示? 位置 ?系統(tǒng)。 3系統(tǒng)的示? 這 的s 是位置 ?控制器，s 是速度 ?控制器，Dv s 是速度? L/S，它 起重機(jī)的速度?a轉(zhuǎn) ，起重機(jī)?ˇ的— 就是一個(gè)速度? 的例子。正如上述，s 的 ?是基于 修ˉ方 。 ?? 數(shù)s =s s /s 這 p ? s 的 ?。位置 ?控制器是由s =s /s ¨到¨出 論， ?? 數(shù)s 是由§面‰式¨到這 ，他們是位置 ?3位置 ?系統(tǒng)示? 控制系統(tǒng) ?。 4表示的是–面控制系統(tǒng)示? ，它由位置?系統(tǒng)s ，負(fù) 擺動力Gl s ，反擺動控制器Kθ(s)。Gl s 由‰式 22 ¨到?這 Θ 。Kθ(s)的 ?是基于s 和Gl s 根 ? 的基礎(chǔ)上。–面控制系統(tǒng)的根 ?的推 如 5所示， 過 Kθ(s)的 點(diǎn)和 點(diǎn) 在′ 的位置，然后¨出Kθ(s)?這 0。s/的目的是s 中的 /s。然后，當(dāng)Kθ(s)的 出直 轉(zhuǎn) 系統(tǒng)s 的 ˉ時(shí)，Kθ(s)就?了一個(gè) 后? 。這 擺角和起重機(jī)的動作就 以單?控制。5表示的是–面控制系統(tǒng)的根 ?，?中L= 1 m, a 的 之 就在于能夠由根 ? 定。 面控制系統(tǒng)就很穩(wěn)定。然而，由于線性系統(tǒng)中，?線性 動力會 忽略，所以 致系統(tǒng)不穩(wěn)定。。 控制系統(tǒng)的性能 以 ?? 數(shù)來a個(gè) 數(shù)在 4中 示每一個(gè) ˉ量和 出量。 數(shù)中L = 1 m ， 的控制§?中Gc s 由§面‰式定義?正如預(yù)?的˙ ， 了 ￠的 減， 數(shù)Gc s 的 點(diǎn)都很穩(wěn)定。因此,?? 數(shù) 33 — 36 是這 。在 X/ 了 ?的a能力。Θ/控制， 穩(wěn)定 態(tài)的擺角在 點(diǎn)。根據(jù)X/v, 穩(wěn)定 態(tài)的起重機(jī)位置不會?到 ?? 的?o，并且，穩(wěn)定 態(tài)的擺角 不會 的 線?o。5–面控制系統(tǒng)的根 擺動 控制繩?…度緩慢 化?；诶K?…度?！氩?的? ， 學(xué)` ￠ ?了一種新的 反擺動控制 。然而，在實(shí)?中，繩?的…度在起重機(jī) 起負(fù) 時(shí)， 時(shí) 進(jìn)行緩慢 化，所以，這個(gè)實(shí)際? 進(jìn)?。一個(gè)繩子…度 ?控制器。起重機(jī) 動力，負(fù) 提 力 以 中動裝置的轉(zhuǎn) ?控制器的 ˉ，而。正如上面所說， ?首先 ? ， 說，上面‰式中的 的??中，然后，負(fù) 提 力 裝置的 ?是 同的，因此繩?…度 ?控制系統(tǒng)很 ?的 ， 以 照起重機(jī)位置 ?控制系統(tǒng)來 ? ?！? 動裝置 時(shí)是 過速度 ?控制器來控制，而不是 力 ?控制器，˙ et (1997)提出的 ?方 就很 ?！炀徛? 繩?…度。速度和位置 ?控制§度?立確定。然而，角度§n， 'ˉ以 繩?…度。在這項(xiàng)研究中，§能o?? 對繩?…度的? 定了?是o′格。 說，每一個(gè)繩?…度L，都 與之 對 的，n，們 于ˉ?控制系統(tǒng)的根 ?，并且角度§), 和 是 過?線?′ ¨的。他們是繩?…度，因此，他們 與繩?…度的實(shí)時(shí)控制。繩?…度緩 的穩(wěn)定性a 力是與起重機(jī)運(yùn)動及負(fù) 擺動 互?立的，所以繩?的…度 是單?控制的。于是，如 繩?…度緩慢 化時(shí)， 4中的–面控制系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的，˙ 起重機(jī)的控制系統(tǒng) 是穩(wěn)定的。當(dāng) 0時(shí)， 4中的–面控制系統(tǒng) 以由§面的 形式表達(dá)??中 1 態(tài)矢量，A t 是的N X ，n 是–面控制系統(tǒng)的 點(diǎn)數(shù)量。本項(xiàng)研究中，角度§), 和 于實(shí)時(shí)控制，以此 對繩?…度的緩慢 化。然后每次t ≥ 0，系統(tǒng) A t 都 阻尼的穩(wěn)定?征值 點(diǎn) 。系統(tǒng) A t 是一個(gè)?于繩?…度的 數(shù)，所以，當(dāng)繩?…度 L 緩慢 化時(shí)， 數(shù)à t 在緩慢 化。當(dāng)| L| 和|| à(t || , 和一個(gè) 范的A t 都￠夠˙時(shí)， 以利 個(gè)定理的內(nèi) 是? 系統(tǒng)是漸漸穩(wěn)定的，而且?穩(wěn)定范圍 以由A t 和à t 的?征值的 數(shù)來確定 1963年和1969年 。 § 是三維橋式起重機(jī)原型的原理示? 。?中梁向動裝置在梁上向 裝置提起負(fù) 上§移動。，2 ?，它移動的 大 速度和速度a別s，s ，s。440x= 480 kg/s , 480 N/V, 在 10y=40kg/s,0N/V。 起重機(jī)由三個(gè) 流 ?”機(jī)來 動。行進(jìn)和橫動 動裝置由速度 ?控制器控制。像 中所?示的， 兩個(gè)精密的位置?感器，還 裝了一個(gè)角度?感器來測量 1中的新的擺角數(shù)據(jù)。這個(gè)角度?感器在1997年 中 詳細(xì)說明。主控制器 的? 機(jī)系統(tǒng)。以￡模?到數(shù)字，和數(shù)字到模?，還 數(shù)字 ˉ 出板。一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 于主控制器。 4? 負(fù)荷 ˙擺動實(shí) ?定的 控制方案 ￠ 于控制起重機(jī)同時(shí)進(jìn)行行進(jìn)，橫動，吊裝動作，以 ? 美的性能評估。 4中的–面控制系統(tǒng) 過 ?控制§ l = 和角度§ ) = ) = d(L) = ，?立 與每一個(gè)行進(jìn)，穿 動作，這 數(shù)是度的緩慢? ?！?控制裝置“ 了一個(gè)速度 ?控制器，所以，位置 ?控制程序 由et (1997)提出 以控制提 過程中的繩?…度。由此產(chǎn)生的–部控制 都在由主控制員實(shí)施的20 毫秒“周期中執(zhí)行 過了。7和 8a別˙負(fù) 擺動和 大負(fù) 擺動的實(shí) 。當(dāng)起重機(jī)–速行進(jìn)4 ，橫動2 時(shí)，繩?…度 ￡ ˙速§…到 理想的起重機(jī)位置 ?，是 過ˉ′自由角度速度概 (1979) ¨的，它是基于平均繩?…度¨出的。理想的繩?…度 ?是?立產(chǎn)生的。 示的 速度是 過位置信號編碼器 a，并利 ? 濾波器， ? ¨圓 。 注?的是， 速度的測量不?控制。 8? 負(fù)荷 大擺動實(shí) 7和 8表明 ?的負(fù)荷擺動對起重機(jī)動作的?o僅僅停留在? 的三秒鐘。反擺動控制器Kθ(s)盡量把負(fù) 擺動和因此產(chǎn)生的起重機(jī) 速度，所以，起重機(jī)的理想 ? 是行進(jìn)與橫動動作 一秒的延遲。然而，繩?…度的控制是與負(fù) 擺動及起重機(jī)動作 互?立的。穩(wěn)定 態(tài)位置誤差–部并且負(fù) 擺動在起重機(jī)達(dá)到理想 ?兩秒鐘后 “。這 論與 ?? 數(shù) (33) - (36 是一致的，這 數(shù)的 點(diǎn)都 著￠夠的阻尼 減。我們 以 過觀察 中的速度與 速度來詳細(xì)了 起重機(jī)的動作。文中提出的控制方 在起重機(jī)同時(shí)行進(jìn)，橫動，緩慢吊裝時(shí)的表 堪 美。學(xué)`們還在多種不同 態(tài)§做了額由于存在負(fù) ? (23)，在負(fù) ￡5千克§ 到30千克時(shí)，起重機(jī)的控制性能沒 ?到?o。即 ? 負(fù) 擺動達(dá)到了15度，這種執(zhí)行方案 能夠?！肫鹬貦C(jī)的穩(wěn)定性能。 ?別注?的是，?種吊裝速度和方式都 ￠付諸實(shí) ，我們 以 ，在 的吊裝速度及模式§，§方都能 ?的工作。5. 論這項(xiàng)研究中，一個(gè)新的三維橋式起重機(jī)的?線性動力學(xué)模型產(chǎn)生，它建立在兩個(gè)自由度 旋轉(zhuǎn)角定義基礎(chǔ)上。新的動態(tài)模型 當(dāng)于一個(gè)三連桿柔性機(jī)器?，還 著 靈活的運(yùn)行方式。因次，這種靈活鏈 機(jī)器?的控制方以很 的 到控制三維橋式起重機(jī)之中。當(dāng)新的動態(tài)模型線性化之后，它能夠控制起重機(jī)進(jìn)行 和均衡的行進(jìn)，橫動動作， 就是讓三維橋式起重機(jī)轉(zhuǎn) 過這一 ， 學(xué)` ?了一種新的控制 令來控制三維橋式起重機(jī)，這種控制是 過 ，根 ?，§的方 實(shí) 。理論和實(shí) 表明，以上¨出的控制方 既 以保證起重機(jī)符′快速阻尼擺動， 以保證精確控制起重機(jī)位置和繩?…度，因 的瞬時(shí)o ， 以根據(jù)實(shí)際? 來同時(shí)控制行進(jìn)，橫動，和緩慢的吊裝動作。這種控制方 ?負(fù) 量，? 負(fù) 擺動，緩慢提 動作的?o很˙。因此，本研究中提出的新的動態(tài)模型和控制方案很 于工 。致謝這項(xiàng)研究是由a感謝這 支‰，? 感謝