外文翻译--一个控制器使门式起重机和减摇桥精确定位

A controller enabling precise positioning and sway reduction in

bridge and gantry cranes

Khalid L. Sorensen, William Singhose, Stephen Dickerson

The George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 813 Ferst Dr., MARC 257, Atlanta, GA 30332-0405, USA

Received 28 September 2005; accepted 30 March 2006

Available online 5 June 2006

一个控制器使门式起重机和减摇桥精确定位

Khalid L. Sorensen, William Singhose, Stephen Dickerson, 乔治亚机械工程学院，乔治亚技术学院， Ferst博士813，MARC 257 ,亚特兰大，GA 30332-0405,美国，2005年9月28日收到，2006年3月30日接受，2006年6月5日可在线使用.

一个控制器使门式起重机和减摇桥精确定位

摘要

起重机是很难精确操纵载荷的。振荡,可以诱导成大桥或手推车的阻尼系统轻度运动,并且还对环境造成滋扰. 为解决上述两种振荡的来源,结合反馈和输入整形控制器的发展。该控制器是由三个不同的模块组成，反馈模块的检测和定位误差补偿; 第二反馈模块侦测并拒绝振动; 使用塑料造填充的第三个模块,以减轻振荡。一个使用精确的模型矢量驱动的交流感应马达，为典型的大型起重机, 用同一个褶分析技术,将非线性动力学起重机器分为对照设计。在佐治亚技术学院实验10吨桥式起重机控制器。该控制器具有良好的定位精度和性能以减少摆动.。

关键词:输入整形；指挥整形；起重机控制；振动控制；防摇；桥式起重机；龙门吊床

1. 绪论

桥、门式起重机在工业生产中占据了关键地位。它们被使用在世界各地数以千计的船场、建筑工地、钢铁厂、仓库、核电厂及废料储存设施，以及其他工业园区。这种操纵系统的及时性和有效性为工业生产力起了重要贡献。因此，可以提高企业经济效益的起重机是极其宝贵的。这些结构，见图一。1.被给予高度评价的压电性质.、抗外部干扰，如风力或气压 (例如桥梁或小车) 能造成载荷振动。在许多实际生产中，这些振动产生了不良后果。摇动使得有效载荷或钩的精确定位在一人操作的时候费时费力；此外，当载荷或周边障碍有是一个危险和脆弱的时候，振荡可能存在安全风险。广泛使用的桥、门式起重机，再加上要控制不必要的振荡，使得大量的研究与控制这些结构有了干劲。工程师们正试图改善其易用性，以增加经济效益，并减轻安全上的顾虑，起重机系统的三个主要要解决的方面: (1)运动诱发的振荡；(2)扰动诱发的振荡；(3)定位能力。一个15吨的桥式起重机采用鲁棒输入整形技术来减少运动诱发的振荡(Singer,Singhose, & Kriikku,1997)。莱利建议控制小车位置和振荡通过比例-微分( PD )控制，在这之间的耦合电缆角和运动的小车将被增加(Fang,Dixon, Dawson, & Zergeroglu, 2001)。Piazzi提出了动态基于逆控制以降低瞬态和残余运动诱发振荡(Piazzi & Visioli, 2002)。金大中推行了极点配置策略,对一个真正的集装箱起重机运动控制和振荡以及定位(Kim, Hong, & Sul, 2004) 。 Moustafa今日发达非线性控制载荷轨迹律跟踪基于Lyapunov的稳定性分析((Moustafa, 2001) 。奥康纳制定了控

制策略,基于机械波的概念，涉及到未知的动力学习,通过小车的初步提案 (奥康纳, 2003年)。最后，据弗里斯用广义状态变量模型的建议(据弗里斯, 1989年)，再提出了一个线性反馈控制法(据弗里斯, levine , &罗琼, 1991年)。手推车的位置和电缆的长度是控制有效载荷的变数，以及各自的空间参考轨迹仅限于一类四阶多项式最小载荷的挥洒投保。控制并不是试图消除干扰引起的振荡。

控制计划开发的方法可大致分为三类:时间最优控制，指挥整形，和反馈控制。执行这些不同的控制方法是有一些挑战的。共同的困难是驱动器的行为和电动机驱动起重机的方案，非线性行为,这些要素已经成为评价与分析方案的传统技术,也因此,控制器往往被设计忽略。

时间最优控制的缺点与问题是它无法实时实施，它必须预先计算系统的运动轨迹。在目前已知的范畴里没有用一个商业起重机执行时间最优控制的方案(Gustafsson & Heidenback, 2002) 。指挥塑造是一个参考信号modi.cation技术是可实时执行的(Singer & Seering, 1990) 。然而,指挥塑造没有闭环机制,反馈控制,因此,我们必须使其可配合使用反馈控制,如果是用于抗扰。

在研究工作中，反馈控制是最常见的用以减轻定位和电缆摆动误差的策略。这种控制是适合有正确的定位的桥架或小车。然而,当一个反馈控制器必须尽量避免电缆晃动的时候,控制任务将变得更加困难。准确的测量有效载荷是必须落实的,但往往是昂贵或困难的。这些困难在新加坡举行的全自动商业起重机在码头的使用被pasir Panjang 先生详细讨论了(Gustafsson & Heidenback, 2002)。此外,反馈控制计划是有点慢,因为他们本来就被动。举例来说,当反馈是用来控制电缆的左摇右摆时,电缆晃动是本系统在控制中将试图必须消除的不良振荡。

其中最有用的技术,被大家不致可否的。柔性方式输入整形。输入整形不需要闭环反馈系统的控制。反之，是预先减少控制振荡的方式，而不是被动地反馈。抑制振荡的实现需要一个参考信号，即预测在误差发生之前，而不是一个校正信号，即试图恢复偏差,回归到一个参考信号。在起重机控制这方面，这意味着传感光缆摇曳，是没有必要的。由于投入塑造是容易执行的，相比于反馈计划。在许多情况下，输入整形技术还要适合于非线性硬出席启动和驱动马达等。在减少起重机电缆摇曳的方案中，输入整形技术已经被证明是有效的 (Kenison & Singhose, 1999; Lewis, Parker, Driessen, & Robinett, 1998; Singer et al., 1997; Singhose, Porter, Kenison, & Kriikku 2000) 。起重机利用输入整形控制也被展示了（Khalid et al., 2004) 。

在此基础上控制器的开发设计已定位在抑制振动性能和合并反馈控制输入整形上。管制是由不同单元组成，已被合并成一个联合控制体系。对起重机的性能控制的每一个模块都是设计的一个方面。反馈控制模块是用来定位有效载荷的,在一个理想的位置, 虽然不同的反馈模块会导致动乱。塑造投入使用的是第三个模块,用以尽量减少运动诱发的振荡。

这个分配个人控制任务的策略和Sorensen个别控制器的方法相类似, Singhose,