起重机吊重防摆控制系统研究与仿真

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一提到建筑施工,大部分人的印象中都是尘土飞扬、噪声大以及大量的农民工在繁重的体力工作。建筑首先通过预制件在工厂进行生产,运输到施工现场后进行装配,这样的建筑施工形式我们称为建筑工业化,形象的说法是类似于“搭积木”。在欧美、日本等发达国家建筑工业化的比例高于80%,而我国建筑仍旧大量的采用现场施工作业,建筑工业化的比例不足10%。根据《国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》,在未来的十年内,工厂内生产预制件施工现场完成装配的建筑方式比例要提高到30%,可见建筑工业化是未来的发展趋势。  而建筑工业化过程中,一个关键的技术难点就是精确吊装的问题,也就是使用起重机在吊装建筑预制件时,为了能让预制件准确的装配,这对起重机的吊重能否准确对位提出了较高要求。传统的起重机如果未添加任何控制器对吊钩的摆动和小车的位置进行控制,吊重在惯性和重力的作用下会不停的摆动,需要人工去手动扶正,由于一般都是大型的负载,所以需要大量的人力,而且存在安全隐患。这就提出了起重机吊重系统的防摇控制问题,能够实现起重机的精确吊装对未来实现建筑工业化具有十分重要的意义。论文的主要工作研究内容如下:  (1)由于起重机吊重系统是一个非线性系统,且受到外界的扰动较多,直接建模十分复杂,所以对模型进行一些简化假设,简化后利用拉格朗日方程建立系统的动力学方程。  (2)根据系统的数学模型,首先要分析系统特性,也就是系统的稳定性、能控性、可观测性,这是系统能否进行控制的前提。然后在Simulink中搭建系统的仿真模型,并分析在开环情况下吊重摆角和小车位移的情况。  (3)利用经典控制理论中的LQR线性二次型最优控制器和PID控制器分别设计了控制器,并在Simulink中进行仿真模拟和对比,通过对比得到控制较好的控制器,并以此为基础,在下一章节中对其进行改进。  (4)考虑到传统PID在参数整定方面无法进行在线修正,结合现代控制理论的发展趋势,设计非线性优化NCD-PID控制器和模糊PID控制器,并进行仿真模拟的对比。  (5)起重机在实际使用过程中受到的外界因素干扰较多,为了验证控制器在存在干扰的情况下的控制情况,分别设计了常值扰动、随机扰动、起重机自身参数变化三种扰动实验。
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