【双摆桥式吊车控制系统实验分析2200字】

双摆桥式吊车控制系统实验分析目录TOC\o"1-3"\h\u5982双摆桥式吊车控制系统实验分析 1186201.1双摆桥式吊车系统实验设计 132341.2双摆桥式吊车系统实验分析 5本章以工业中常用的上位机为基础，结合第四章中模糊神经网络控制方法中的输出数据，设计并实现双摆吊车的控制系统实验，验证了控制方法的有效性。双摆桥式吊车系统实验设计桥式吊车驱动系统一般分为水平系统和垂直吊运系统。其中水平系统主要是台车运行装置，电机驱动台车沿轨道水平移动，运送货物到目标位置。垂直吊运系统负责垂直方向上吊运，将负载下落到指定平面。图5.1是适用于本课题国家重点研发计划项目“高温熔融金属作业事故预防与控制技术研究”的过程图，从课题基金的需求出发，对桥式吊车的定位及防摆控制问题开展研究。图5.1高温熔融金属吊运过程图因为装载高温熔融金属的钢桶吊运过程中，钢桶体积较大且形状特殊，吊车系统会呈现双摆特性，所以需要建立具有双摆效用的桥式吊车才可以进行实验。双摆桥式吊车实验样机如图5.2所示。图5.2高温熔融金属吊运双摆桥式吊车样机图双摆桥式吊车的样机仅仅是吊车控制系统的一部分，吊车控制系统的硬件主要还包括：上位机、电源模块、倾角传感器、电机驱动模块、负载样品等。高温熔融金属吊运控制系统结构如图5.3所示。图5.3高温熔融金属吊运控制系统结构图上位机负责将数据输入至电机驱动模块，再由电机驱动模块驱动台车电机工作。并且上位机实时接受台车位移反馈数据与负载和吊钩的倾角传感器采集数据。其中由于倾角传感器输出数据为模拟信号，还需要数据采集模块转换信号模式，再传入上位机中进行处理。具体设备清单如表5.1所示。表5.1系统设备清单设备系列具体型号上位机超翔超翔Z900电机驱动模块S120SINAMICSS120DC/AC多轴驱动器倾角传感器SDA128TSDA128T-30A1倾角传感器SDA128TSDA128T-30A1A/D数据采集模块SM3316ES7331-7KF02-0AB0双摆桥式吊车实验硬件介绍如下：（1）上位机电脑实验上位机采用普通台式机（配置为：windows764位I5-650处理器），上位机中的MATLAB/Simulink向电机驱动模块导入数据。上位机可以实时观察吊钩倾角与负载倾角的数据图像，同时实时显示台车的位移数据图像。上位机搭建如图5.4所示：图5.4高温熔融金属吊运控制系统中上位机（2）电机驱动模块S120选用西门子品牌的电机驱动模块为台车电机进行驱动，这种多轴驱动器的整流与逆变皆为几个分离的独立模块。整体控制系统的模块如图5.5所示，其中明显可见两个滤波器模块作为滤波单元，两个控制单元在最中间，整流模块也为两个、电机模块一共为四个。图5.5电机驱动模块实验图（3）倾角传感器考虑到吊车的实际摆幅不会太大，决定选用SDA128T-30-A1型双轴传感器，其测量范围为±30°，输出电流为12mA，精度分辨率为0.01°，输出电流为4~20mA，信号传输max距离为2km，是工业中常用的电流输出转化型倾角仪。传感器实验如图5.5所示。图5.6倾角传感器实验实物图实验样机模拟双摆桥式吊车，所以需要两个倾角传感器，分别安装在双摆桥式吊车的吊钩位置与负载位置，实时测量吊钩与负载摆角的摆幅数据。倾角传感器与模数转换模块SM331的接线方式为四线制，虽然传感器可同时采集X轴、Y轴的数据，但是本实验只需采集与台车运动方向相关数据，即X轴数据。倾角传感器安装如图5.7所示。图5.7倾角传感器吊钩与负载位置安装图双摆桥式吊车系统实验分析双摆桥式吊车实验平台中，吊钩质量为4kg，为了使吊车具有双摆效应，负载选用质量5kg的铁质砝码，台车行走机构和负载举升机构总重约为51kg，台车与吊钩之间的摆绳长为1m，吊钩与负载之间的摆绳长为0.5m。设定采样周期为15s，台车期望位移为2m。首先利用MATLAB对双摆桥式吊车的模糊神经网络控制方法进行仿真，通过反复试凑调试，从上位机中输出MATLAB的仿真输出数据至电机驱动模块中，图5.8为模糊神经网络控制方法输出图。上位机可实时观测摆角变化，其对应的控制效果如下所示，因实验设备设置问题，个别图片的横纵坐标与常规设定有所差异，但不影响实验效果分析。图5.8为电机驱动模块力矩输出图，图5.9为双摆桥式吊车台车位移效果图。图5.8模糊神经网络控制方法输出图图5.9电机驱动模块输出力矩图图5.10双摆桥式吊车系统台车位移效果图从图5.10中可以看出，双摆桥式吊车系统中台车可以在9750ms时，精准到达目标位置，并无超调量，可以达到高温熔融金属吊运的需求。吊钩与负载的摆角是高温熔融金属吊运稳定性判定的关键量，其控制效果如图5.11双摆桥式吊车系统吊钩摆角效果图与5.12双摆桥式吊车系统负载摆角效果图所示。图5.11双摆桥式吊车系统吊钩摆角效果图图5.12双摆桥式吊车系统负载摆角效果图因吊钩与负载摆角共用一个坐标轴且为同步采集数据，所以将吊钩与负载摆角效果图放到同一图上对比更为方便，如下图5.13双摆桥式吊车系统吊钩与负载摆角效果图所示。图5.13双摆桥式吊车系统吊钩与负载摆角效果图从图5.13可以看出，样机的实验中吊钩运行过程中的最大摆动幅度为2.82°，正方向最大摆动幅度为1.95°；负载最大摆动幅度为3.95°，正方向最大摆动幅度为2°。吊运整体过程中，台车吊钩在13秒左右趋于稳定，负载摆角在11s时趋于稳定。结合台车位移效果图，台车在9.5s时精准到达目标位置，所以吊钩的残余摆动控制时间为3.5s，负载的残余摆动消除时间为1.5s，消摆效果明显，满足高温熔融金属吊运控制系统稳定性的需求，具有不错的控制效果。但是，一方面由于实际传感器噪声、台车减速箱性能等因