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(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)期刊動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)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(dòng)和吊裝運(yùn)動(dòng),以及由此產(chǎn)生的負(fù)荷擺動(dòng)。本文提出了一種能夠減弱震動(dòng)的反搖擺控制方案,此方案是建立在線性化動(dòng)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(dòng),而且能夠保證對(duì)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(dòng)和緩慢的吊裝動(dòng)作來(lái)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(dòng),這 是會(huì) 起不 負(fù)荷擺動(dòng), 速度 大 的負(fù)荷擺動(dòng) 大。負(fù) 的 起 負(fù)荷擺動(dòng) 重。這 不 的負(fù)荷擺動(dòng) 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(lái)控制負(fù)荷擺動(dòng)。起重機(jī)系統(tǒng)的 量本上于系統(tǒng)的產(chǎn)出量,這 的控制 雜化。 起重機(jī)的控制對(duì)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制,對(duì)負(fù) 提 的控制以及對(duì)負(fù)荷擺動(dòng)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 的 。981)提出控制是穩(wěn)定 于負(fù) 的擺動(dòng)力。1985)提出來(lái)一種 控制運(yùn) ,這種 的 是 的 荷擺動(dòng) 1987) 了一種反 控制 ,這種控制 來(lái)源于根 。995)提出線性控制運(yùn) ,它建立在一種 動(dòng)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(dòng)的快速減弱,又保證了對(duì)起重機(jī)位置的精確控制。所 上述研究的重點(diǎn)是對(duì)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(dòng)作。然而,在大多數(shù)工廠和倉(cāng)庫(kù),三維橋式起重機(jī) 。1988)創(chuàng)了一種三維橋式起重機(jī)的動(dòng)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(lái)控制的方 ,這種方 是以依照預(yù)期 的動(dòng)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(dòng),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(duì)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(dòng), 起動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)模型圍繞豎直方向的穩(wěn)定平衡來(lái)進(jìn)行線性化。然后由此產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)模型是與起重機(jī)的行走與橫動(dòng) 互均衡的,并且模型的參數(shù)與起重機(jī)的 無(wú),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(duì)起重機(jī)位置及重 起的精確控制,還保證了負(fù) 擺動(dòng)的快速減弱,這是起重機(jī)運(yùn)行,穿 和緩慢起重動(dòng)作的實(shí)例。文章的余 排如。第二部 說(shuō)明的是,三維橋式起重機(jī)的線性動(dòng)態(tài)模型是建立在新的雙向自由度旋角之上。第三部的說(shuō)明中,線性動(dòng)態(tài)模型 線性化了,然后文中 過(guò) 系統(tǒng)進(jìn)行修正,依靠根 了一個(gè)新的減弱反擺動(dòng)控制方案,并到了程序控制的方 。第四部中,這個(gè)減弱控制方案致力于對(duì)三維橋式起重機(jī)原型的性能評(píng)估。第五部,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(dòng)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(dòng)坐標(biāo)系的每一個(gè)軸都與固定坐標(biāo)系中 對(duì) 的軸平行。義它在 中沒(méi) 表示出來(lái)。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 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(dòng),因此X, Y ,L,坐標(biāo)系確定的。重機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程是利 拉格朗日方程推到出來(lái)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(dòng)能,而勢(shì)能, 以方程 中進(jìn) ,Y 橫動(dòng) ,L 起落度 是由起重機(jī)量和回轉(zhuǎn)件的量組,比如 動(dòng)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(dòng)方程由 L, F 拉格朗日方程推 出來(lái)的,中別與之 的是 義坐標(biāo)中的X, Y ,L,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(dòng)態(tài)模型 以點(diǎn)當(dāng)三維起重機(jī)的動(dòng)態(tài)模型 以 化ee et 1997) ,它沿著 當(dāng)時(shí),如此。這個(gè)動(dòng)態(tài)模型 當(dāng)于一個(gè)具 靈活方式的三 節(jié)機(jī)器(991). 說(shuō),動(dòng)態(tài)模型 ( 9 )13 ) 以由面 向量表示中 態(tài)向量q, 動(dòng)力向量f,重力向量g q ,還 減 定和5 5對(duì) 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(dòng)控制方案 提出。首先,線性動(dòng)力學(xué)模型 線性化,次對(duì)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(lái),它 與方 同時(shí) “。 后, 過(guò)慢慢 繩的度來(lái)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)繩子的度是保不 慢慢 的。此次研究認(rèn) 例子很于擺動(dòng),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(dòng)態(tài)模型,運(yùn)行動(dòng)態(tài) 15 和 16 ,橫動(dòng)態(tài) 17 和 18 ,和立 的動(dòng)態(tài)負(fù) 19 。這種直行和橫動(dòng)是 并且均衡的,這說(shuō)明對(duì)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(dòng)動(dòng)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(dòng)機(jī)來(lái)控制 中的力 以忽略 ,所以 動(dòng)力f 以忽略,因和梁的動(dòng)力,速度值 是他們的100。因此,在實(shí)際 中,u t正比,對(duì)于轉(zhuǎn) 控制器的 , 如式這 。然后,動(dòng)態(tài)模型(15) 和 (16) 以 這 首先,是 系統(tǒng)中起重機(jī)動(dòng)力的 。于是 中確定的新的 量,然后起重機(jī)的動(dòng)力 以 拉 以到式 24 以到面的轉(zhuǎn) 數(shù)中 數(shù),而V(s 和U s 別是次,速度 控制器s 在Gt s 基礎(chǔ)上 過(guò) 方式 的。第一, 數(shù)s 是 過(guò) 式s =進(jìn)行 修 (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(huì) 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 。起重機(jī)的 動(dòng)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(dòng)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)的速度轉(zhuǎn) ,起重機(jī)的 就是一個(gè)速度 的例子。正如上述,s 的 是基于 修方 。 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(dòng)力Gl s ,反擺動(dòng)控制器K(s)。Gl s 由式 22 到這 。K(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(guò) K(s)的 點(diǎn)和 點(diǎn) 在 的位置,然后出K(s)這 0。s/的目的是s 中的 /s。然后,當(dāng)K(s)的 出直 轉(zhuǎn) 系統(tǒng)s 的 時(shí),K(s)就了一個(gè) 后 。這 擺角和起重機(jī)的動(dòng)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(dòng)力會(huì) 忽略,所以 致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 控制系統(tǒng)的性能 以 數(shù)來(lái)個(gè) 數(shù)在 4中 示每一個(gè) 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 的能力。/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(huì)到 的,并且,穩(wěn)定 態(tài)的擺角 不會(huì) 的 線。5面控制系統(tǒng)的根 擺動(dòng) 控制繩度緩慢 化?;诶K度保不 的 , 學(xué) 了一種新的 反擺動(dòng)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(dòng)力,負(fù) 提 力 以 中動(dòng)裝置的轉(zhuǎn) 控制器的 ,而。正如上面所說(shuō), 首先 , 說(shuō),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(lái) 。 動(dòng)裝置 時(shí)是 過(guò)速度 控制器來(lái)控制,而不是 力 控制器, et (1997)提出的 方 就很 。緩慢 繩度。速度和位置 控制度立確定。然而,角度n, 以 繩度。在這項(xiàng)研究中,能 對(duì)繩度的 定了是格。 說(shuō),每一個(gè)繩度L,都 與之 對(duì) 的,n,們 于控制系統(tǒng)的根 ,并且角度), 和 是 過(guò)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 力是與起重機(jī)運(yùn)動(dòng)及負(fù) 擺動(dòng) 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(duì)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) t 在緩慢 化。當(dāng)| L| 和| (t | , 和一個(gè) 范的A t 都?jí)驎r(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 t 的征值的 數(shù)來(lái)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(dòng)裝置在梁上向 裝置提起負(fù) 上移動(dòng)。,2 ,它移動(dòng)的 大 速度和速度別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(lái) 動(dòng)。行進(jìn)和橫動(dòng) 動(dòng)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(lái)測(cè)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(shuō)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 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(dòng)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(dòng),吊裝動(dòng)作,以 美的性能評(píng)估。 4中的面控制系統(tǒng) 過(guò) 控制 l = 和角度 ) = ) = d(L) = ,立 與每一個(gè)行進(jìn),穿 動(dòng)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(guò)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(guò)了。7和 8別負(fù) 擺動(dòng)和 大負(fù) 擺動(dòng)的實(shí) 。當(dāng)起重機(jī)速行進(jìn)4 ,橫動(dòng)2 時(shí),繩度 速到 理想的起重機(jī)位置 ,是 過(guò)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(guò)位置信號(hào)編碼器 ,并利 濾波器, 圓 。 注的是, 速度的測(cè)量不控制。 8 負(fù)荷 大擺動(dòng)實(shí) 7和 8表明 的負(fù)荷擺動(dòng)對(duì)起重機(jī)動(dòng)作的僅僅停留在 的三秒鐘。反擺動(dòng)控制器K(s)盡量把負(fù) 擺動(dòng)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(dòng)動(dòng)作 一秒的延遲。然而,繩度的控制是與負(fù) 擺動(dòng)及起重機(jī)動(dòng)作 互立的。穩(wěn)定 態(tài)位置誤差部并且負(fù) 擺動(dòng)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(guò)觀察 中的速度與 速度來(lái)詳細(xì)了 起重機(jī)的動(dòng)作。文中提出的控制方 在起重機(jī)同時(shí)行進(jìn),橫動(dòng),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(méi) 到。即 負(fù) 擺動(dòng)達(dá)到了15度,這種執(zhí)行方案 能夠保起重機(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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)動(dòng)作, 就是讓三維橋式起重機(jī)轉(zhuǎn) 過(guò)這一 , 學(xué) 了一種新的控制 令來(lái)控制三維橋式起重機(jī),這種控制是 過(guò) ,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(dòng), 以保證精確控制起重機(jī)位置和繩度,因 的瞬時(shí) , 以根據(jù)實(shí)際 來(lái)同時(shí)控制行進(jìn),橫動(dòng),和緩慢的吊裝動(dòng)作。這種控制方 負(fù) 量, 負(fù) 擺動(dòng),緩慢提 動(dòng)作的很。因此,本研究中提出的新的動(dòng)態(tài)模型和控制方案很 于工 。致謝這項(xiàng)研究是由感謝這 支, 感謝- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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