輸入整形法在起重機中的應(yīng)用

 

    機和塔式起重機進行防搖控制，延遲反饋加大了系統(tǒng)阻尼；5采用輸入整形法和數(shù)字濾波器對橋式起重機進行控制，證明了輸入整形法在抑制吊重擺動上比數(shù)字濾波器響應(yīng)更快；6將輸入整形算法應(yīng)用于集裝箱起重機防搖控制中，與傳統(tǒng)單次加速相比，輸入整形法對較小頻率變化具有魯棒性。

 

    本文利用龍門起重機的數(shù)學模型，研究了基于輸入整形（inputtingshaper，IS）法的龍門起重機吊重防搖控制。

 

    基金項目：湖南省自然科學基金項目，項目編號：1040282輸入整形控制bookmark2輸入整形法是種前饋控制技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于龍門起重機控制。這項技術(shù)是將系統(tǒng)的輸入與整形器中產(chǎn)生的一系列脈沖作卷積，結(jié)果作為控制系統(tǒng)的輸入來驅(qū)動系統(tǒng)，達到減小殘余振動的目的。輸入整形器的參數(shù)是通過解一組限制方程來獲得，根據(jù)不同限制方程就可以設(shè)計出不同整形器來限制系統(tǒng)殘余振動。殘余振動的幅值可以表示為：ZV法消擺的能力可以看做是正弦信號的疊加過程，如所示。如果兩個幅值相同、頻率相同的正弦信號它們之間以合適的相位疊加在起，所產(chǎn)生的組合將沒有振蕩，即實現(xiàn)消擺。

 

    O系統(tǒng)固有頻率，Z――系統(tǒng)阻尼系數(shù)；n――整形中的脈沖數(shù)；第i個脈沖的幅度和時間；-*后一個脈沖的時間t目前用于閉環(huán)系統(tǒng)的輸入整形器主要有ZV整形器，限制方程為V（w，）=0.由于整形器有時間延遲，通常取**個脈沖的時間，1=，同時為了使整形前的輸入和整形后的輸入驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生相同的運動，脈沖幅值必須滿足對于具有兩個脈沖的ZV整形器，其脈沖輸入序列為根據(jù)龍門起重機數(shù)學模型和輸入整形算法，在Mat-lab/Simulink中構(gòu)建龍門起重機仿真框圖如所示。

 

    型頻率。如果w振蕩周期。

 

    理論上，如果起重機在作業(yè)過程中懸索長度、線性阻尼不變，即系統(tǒng)⑴的模型參數(shù)O，保持為恒定值，ZV法可以在0.5個理論振蕩周期內(nèi)，即0.5Td內(nèi)完全消除由于起重機小車加速所引起的吊重擺角的波動。而在實際起重機作業(yè)過程中，系統(tǒng)模型參數(shù)尤其是與懸索長度相關(guān)的w的變化不可避免，這就對ZV法在實際的起重機擺角波動抑制控制中的應(yīng)用帶來了局限性。為了減少ZV法對模型參數(shù)的敏感性，學術(shù)界提出了ZVD法（Zero-VibrationandDerivativeShaper，ZVD）。ZVD法在ZV法的基礎(chǔ)上，增加了V對w的變化率在w與IS中的系統(tǒng)模型頻率m相等處為0的約束條件：：0約束條件起可以確定三脈沖ZVD（a）ZV法與未整形龍門起重機吊重擺角響應(yīng)（b）ZVD法與未整形龍門起重機吊重擺角響應(yīng)龍門起重機吊重擺角響應(yīng)從中可以看出，當未整形的輸入加到系統(tǒng)中，吊臂定位后負載會產(chǎn)生等幅擺動，而將兩種經(jīng)過整形后的輸入信號加到系統(tǒng)中后，負載在整形輸入作用結(jié)束后基本實現(xiàn)零殘余擺動，但經(jīng)ZV整形后負載的定位和消擺時間都比ZVD要短。

 

    兩脈沖輸入整形與三脈沖輸入整形龍門起重機吊重擺角響應(yīng)從中可以看出，將兩種經(jīng)過整形后的輸入信號加到系統(tǒng)中后，負載在ZVD法輸入作用結(jié)束后的殘余擺動遠小于ZV法，說明ZVD法對吊重擺長變化的魯棒性優(yōu)于4結(jié)語通過對龍門起重機在輸入整形前后的分析，輸入整形法可以抑制吊重殘余擺動，在控制上ZVD法對吊重擺長變化的魯棒性優(yōu)于ZV法，而在定位和消擺時間上ZV法比ZVD法要短，在Matlab/Simulink中的仿真結(jié)果驗證了輸入整形策略對吊重防擺控制的有效性。