[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】防止起重机负载摆动的反馈控制指令开关-中文翻译

防止起重机负载摆动的反馈控制指令开关 摘要 当起重机在搬运物体工作时，有效载荷经常大振幅度振动。用开环的方法处理这一问题的效果并不理想，闭环方法也被使用，但发动机需要变速工作。本文叙述了在发动机关闭之后持续适时控制单速电机消除实际载荷振动的反馈方法，抑制振动的实验验证方案是在桥式起重机上进行的。 一、绪论 起重机经常被用来在复杂的工作空间搬运物体。一个经常存在的问题就是起重机在负载情况下可以自由摆动。这些摆动构成了安全隐患并能影响到载荷变化或其他在工作场所物体。实际上，一名经验丰富的起重机操作员必需在控制器的帮助下才能保持摆动幅度。最近，有了不同的用于增强操作员技术的控制方法，这些方法分为开环和闭环。 开环采用的办法是输入整形，这种方法被证明在起重机移动时和移动后能有效的减少载荷摆动。整形可以有计划的提高充足的建模不准确性（即缆索长度变化的频率） 。另一个办法是开环优化控制，这是基于数学模型系统计算出的离线运动轨迹。但是，如果模型不是准确的，其性能也将受到影响。这种情况也是输入整形，但程度较轻。在此外，最优控制没有使用当前的起重机操作员界面，因为事先是不知道路径的。 反馈控制需要预防的是系统模拟的不确定性和外部干扰。控制器控制小车的位置速度和缆索摆动角或控制小车吊具产生倾斜的命令，以减少负载摆动。吸波控制器调整小车速度，吸收任何正在返回的有效载荷振动，从而消除摆动。给定延迟角，测量后面的理想位置，也同样可以证明有效减少了负载的摆动。 索伦森等人开发了一种控制系统，结合了整形和 PD 反馈控制。反馈控制使用了在高处摄像头的测量，并比较了起重机的模拟成型响应。 帕克及 Chang 提出了一个远程处理输入整形的“弱命令” ，用另一种方法减少了干扰的影响。为了弥补卸载时的摆动，他们引入同等规模的脉冲诱导振动，并且在相反的方向上卸载振动。他们用此方法来减少约 75 的摆动以展示它的潜力。然而，适时的脉冲易于校准的问题依然存在。 所有的反馈方法需要速度加速度的精确控制。这里的研究是基于使用测量载荷摆动产生命令简单的开关电机消除载荷摆动，使其适用于更广泛的系列起重机。 二、 基于矢量的输入整形器的计算 布克提供了一个分析框架振荡矢量。 singhose 等人提供了解如何才能实现对振动消除矢量分析的输入整形器。冲动的应用规模 A1 的二阶阻尼系统单位质量会诱发反应 (1) tAtxsin1这有一个幅度和相位角为零。同样的，如果一次冲动级 2 是适用于时间时刻，然后它会导致输出 22 ,sinsi TttATtt (2) 这有一个幅度 A2 和相位角 =时刻。本幅度和角度可以转化为矢量符号如图 1。总结这些向量进行总振动响应，如在图 2。对应的时间响应这些冲动是在图 3。后一秒脉冲，总响应匹配振幅和相位等 AR。 如果系统有阻尼，那么这种方法需要被改性。首先，角度变化 T21(3) 其次，阻尼的振幅衰减随着时间的原因。考虑到衰减，计算使用有效幅度当t=0，结果在规定的幅度时刻 T2 21/2eAef(4) 一个成型机可以设计这样的总和所有有效的冲动导致零振动，如在图 4。为此，该 a3eff 选择是不同于 ，图 2。得到这一规模取消冲动，它必须被转换RA到时间就会出现使用（ 3）和 21/3eAf（ 5） 在现实中，系统不移动的冲量。创建一个实际的命令，脉冲序列卷积与所需的命令。例如图 5 显示一步命令卷积与脉冲产的步命令。由此产生的命令不产生任何残留振动。 图一 脉冲序列和相应的矢量图 图二 总结 2 载体获得总的反应 图三 响应时间脉冲（改编自 18） 二、 消除载荷摆动 本研究的目的不是创造的命令结果在无残余振荡点对点运动。相反，实测载荷摆动是用来创建命令，取消任何简单的开关电动机一旦发生振荡。当创建这样的命令，巨大的执行力向量不能任意选择，如电机只能打开和关闭。然而，把汽车或关闭将导致有效载荷振荡，它可以表示为矢量。不像纯冲振动，这些载体将不会得零分相位角，为使电机不立即停止或加快速度。因此，由时间命令完成，有效载荷将有一些位移和速度，给出一个向量表示类似于图 6。向量旋转电机应该有一个类似的规模，但相反，假设和加速度减速动态相似。如果不是，它可以代表了自己的独特的振幅和相位。 该控制器在这里将使用指令开关（开关）消除位置和速度组成部分的振动。控制器需要计算适当时间，这些命令在适当的时间。 对于这一计算，矢量三角形的使用，如在图 7。三角形的三边的电流振动水平（ avib） ，和振动振幅的“上”和“关闭”命令。如果三角形可以被创建，然后振荡可以被迫回到零（原产地的矢量图。 ）假设运营商希望起重机在移动，然后命令序列会被“关闭” ，等， “对” 。某些部分的三角形是众所周知的：目前的规模和振动影响转动起重机（光）和关闭（ aoff） 。未知的是时间，直到起重机运转，并在现有的振动相位角的起重机应转向“关闭” （振动） 。因为它是一个三角形，有一个可能的解决方案，如图 7 所示。这一时间响应这些解决方案是在图 8。在图 7 是可取，它有一个较小的角，所以直到振动取消短。此外，摇摆角变化小。 找到振动，中间角度可以在图 9 看到。从余弦定理： （ 6） cos22vibfvibofonef AA（ 7） nneffneffvib 2从（ 7）得： （ 8) oneffvibofonA2cs21如果没有阻尼，则解决方案可以解决直接振动效率。请注意，大多数起重机有近零阻尼，但是如果阻尼是重要的，那么该方程可以用来解决，但必须是迭代求解， 21/onAeonef（ 9） 用方程（ 8）初步计算 =0。计算出 后，从图 9 可以计算onvibofneffA2cos21（ 10） 一旦计算出， 可以计算 vibofvb（ 11） 一旦控制器已关闭，然后等待直到角振动方向相反的上。在这一点上，控制器的电机上。如果校准是完美的，振荡将被淘汰。 如果操作者操作起重机停止，然后振动可以取消移动支持无论是向前或向后。这样的结果是不同的振动相位角，可用于控制器，如图 10。在图 10（ 1） ，相反方向的图基本上是相同的，如图 7，除了在此基础上关闭交换。 effonviboof A2cs21vibonfes21（ 12） onrvb1如图 10（ b)，矢量图具有相同的结构和在图 10（ a） ，只是通过旋转弧度。因此 onfvb2（ 13) 该控制器比较现有的振动相位角对（ 12）和（ 13）无论哪个角度先发生一次。 起重机停止，那么控制器等振荡相位相反， “上升”命令。然后，电机转向。 最大振荡幅度可能被取消使用，一个开关命令大约是两倍“诱导振荡”命令。如果当前振荡幅度过大，则控制器计算是基于最大注销水平。作为预防措施，这一最高水平可以减少到极限移动的距离在取消振荡，因此限制角 和onT . 限制这种振荡的消除方法是假定叠加可以用于矢量表征诱导振动。这是唯一真正的电机的时间达到稳态速度之间的载体，所以小载荷的振荡不能消除。因此，一个振荡幅度阈值是可以使用的。 图四 总结三个向量得到零振动 图五 创建一个楼梯步命令卷积 图六 向量表示旋转电机。 图八 响应时间的矢量图如图 7 所示 图七 矢量图计算时的电机。 图九角度来计算的命令启动时间 三、 控制器的实现 该控制器是使用振荡消除第三部分，从技术上体现在大桥式起重机。起重机有一个摄像头安装在车上测量载荷摆动的平面。本相机也可以衡量的有效载荷的高度。所有的行动的控制是基于一个单一的有效载荷的高度。该系统可以在不同的高度和校准时间会调整摄像机测量身高。 （一） 、系统校准 该控制器计算（ 8） -（ 13）需要量和相位角的振荡造成的“上”和“关闭” 。这些计算可以绘图在起重机的输入和响应在同一张图上，如图 11。图 11（ a）表示电机在 5.5 秒钟被关闭，起重机前进。电动机在大约一秒钟休息后，命令发出。图 11（ b）表示有效载荷摆角和振动水平是由 22/m（ 14） 在的自然频率系统下。 在时间的零交叉的摆动角度（ ）和随后的（ ）的输入变化（ ）记btatit录。 本相位角的振荡（ ）和随后的（ ）可以输入计算 bapitt/2piaatt/2（ 15） 其中 是一个振荡周期时间。复杂的矢量的输入过程是由 ptfofibiai eAmeA（ 16） 在 和 振荡幅度之前及后输入下标表示向前运动。一个类似的ba程序可以为剩余向量。 图形的绘制，可以启动和停止，为正向和反向，如在图 12。平均振荡的幅度 =0.052 弧度角 =1.11（ +）弧度（ 63.6（ 180） 。 a（二） 、控制器响应用户动作 图 13 显示了响应用户请求的起重机向后移动。图 13（ a)，用户输入显示使用线的边界。由此产生的小车速度是一条虚线。如图 (b)所示之，起重机运动振荡的有效载荷。图 13 C 显示相位角振荡的它也表明，开关角度计算（ 11） -（ 13） 。在最初的交叉（约 2 秒） ，振荡级不够大（ 1.7）触发控制行动。它是后一期（约 6 秒） ，振荡消除控制行动发生。在这一点上，该控制器简单地关闭起重机电机，如图 13a 看到的实线。在这一点上的开关角跳动回电机。在第 7秒，这个角度发生，以及起重机电机转身。这时候起重机达到全速（约 8 秒） ，振荡水平很小（约一个半度） 。 操作者停止按压反向按钮约 11 秒，如图 13a 虚线之时。起重机停止，再次引起振荡。当所需的命令是在休息，有两个开关角度由（ 12）和（ 13）可知，作为起重机取消振荡的两个向前和向后的角度。一旦起重机在休息的时候保持很小的振动，第一次角发生在 13 秒稍后，和移动式起重机稍微向前取消振荡。 。 三、 控制器响应扰动抑制 图 14 显示了该反应的起重机干扰当桥休息。在第一秒后，有效载荷不稳。在大约第三秒，振荡角相位匹配的开关角条件，和控制器指挥车向前移动。在过 4秒，相位匹配，那时起重机停止操作。当起重机休息约 5.5 秒，有效载荷摆动很小。 图 15 显示了一个非常大的扰动的响应。在第 1 秒，有效载荷变成了一个扰动，这是一个单一的通断指令且可以抑制。在这种情况下，第一个开关控制行动抑制最大数量，进而控制行动取消剩余振荡就在对面方向。这导致小振荡后起重机在 6 秒钟内完成了二个命令。 该控制器还可以在起重机的移动中消除干扰，如在图 16。当起重机推进小振荡，有效载荷是在 1 次扰动。该控制器最初给停止命令约 1.5 秒，停止不久后前振荡相位匹配开关角，没有消除。然后控制器直到等到适当的相位角，在适当的时候停止振动约 6 秒。 起重机开始加速但以时间为基础的安全因素关闭。然而，有效载荷还不稳，所以振荡，导致小振荡时，起重机已返回全速。 图十 矢量图时，打开电机 图十一 测量桥式起重机反应的“关闭”命令 图十二 不同命令下的振动向量 图十三 响应时间 图十四 应对干扰而起重机休息 图十五 针对大扰动 图十六 应对干扰时 五、 结论 一个控制的程序已经制定了离合马达消除桥式起重机载荷摆动。控制使用摆动角度的有效载荷，及其衍生物，以决定何时打开和关闭起重机。该方法可以减少振荡，当起重机移动或静止。程序可以实施在大型桥式起重机。许多实验表明，控制系统有效。 六、 参考图书 （ 1）斯塔尔， G .P .， “摆动自由悬浮物与运输路径控制的机器人手臂的动态系统， “J .， 测量和控制，卷 1071985，第 97 - 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