起重机自动纠偏控制策略及系统研究

论文题目: 起重机自动纠偏控制策略及系统研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 张勇

导师: 谢剑刚

关键词: 起重机,啃轨,纠偏,变频调速,模糊控制

文献来源: 武汉科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 起重机是现代化大生产中许多工矿企业必不可少的生产设备。但大部分桥式起重机都有不同程度的大车跑偏或啃轨现象。啃轨是指起重机的大车和小车在运行过程中因车轮跑偏而使轮缘与轨道的侧面接触,在运行过程中产生摩擦,加速轮缘的磨损,导致轮缘磨薄超标甚至整个车轮报废,使车轮过早损坏的现象。这极大的威胁着起重机的安全运行,同时也会增加运行维护费用。因此,探究啃轨现象发生的原因并加以预防和消除具有十分重要的意义。本文研究发现起重机啃轨一般是由于车架或轨道误差,造成起重机车轮不能沿着轨道的中心行走,逐渐走偏而发生啃轨。在实际治理啃轨现象的工作中,一般是以提高车架和车轮的安装精度,校正和消除起重机和轨道的缺陷为主要方法。本文通过分析起重机啃轨的最终现象,创新性的提出了一种主动变频纠偏方案,运用变频调速技术实时调整起重机两侧的运行速度实现在线纠偏,防止起重机因走偏而啃轨。通过在ANSYS中建立某型起重机桥架的模型分析其水平变形情况,本文还研究发现提高起重机桥架水平刚性无论是对自动纠偏方案还是防止啃轨的发生都是很有必要的。起重机运行机构是一个非线性、时变和分布参数系统,难以用准确的数学解析式表示其特性,使用传统理论控制器效果不理想。通过分别对传统的PID控制器方案和模糊控制器方案的优缺点和适用性进行分析比较,本文首先把模糊控制理论应用到起重机纠偏控制系统中。本设计硬件上选用可靠性较高的PLC作为控制器,并成功的解决了信号采集滤波的问题。针对运行机构的特点设计了一种新的知识表达和模糊推理方法。并设计了一种自学习算法,使本系统具有一定的自学习自适应功能,提高了系统的鲁棒性。本文在实验室内建造了起重机模型,使用PLC编程语言编制了控制程序,通过反复实验,结果表明本纠偏系统超调小、进入稳态快、控制精度高、具有较强的抗干扰能力。系统能很快适应起重机运行状况的变化,对参数和负载变化有较强的适应性,保持了良好的纠偏控制性能。本文设计的纠偏系统具有可行性、实用性和新颖性,作者将模糊智能控制用于起重机运行系统,是一次有益的探索和成功尝试。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1．1 本课题研究目的及意义

1．2 起重机啃轨的判断与危害

1．2．1 啃轨的现象和判断

1．2．2 起重机啃轨的危害

1．3 起重机啃轨原因探讨及解决方式

1．4 国内外研究现状及传统的解决方法

1．5 国内外研究最新进展

1．6 本课题的纠偏控制方案

第二章加大桥架水平刚性对纠偏有良好的作用

2．1 自动纠偏需加大起重机的水平刚性

2．2 起重机车架水平刚度的计算

2．3 计算载荷的选取

2．4 加大起重机车架水平刚性的作用

2．5 加大起重机的水平刚性的措施

第三章控制系统的硬件组成

3．1 控制系统方案的确定

3．2 计算机控制器的选择

3．3 输入系统部分设计

3．3．1 位移传感器的选择

3．3．2 信号采集滤波方案设计

3．4 输出部分设计

3．4．1 起重机驱动机构

3．4．2 变频器的选择

3．4．3 D/A转换电路设计

第四章 PID控制器的控制策略

4．1 PID控制概述

4．2 常规PID控制器控制原理

4．3 PID控制器各校正环节的作用

4．4 PID控制器参数的整定

4．5 PID控制的特点

4．6 起重机纠偏PID控制方案

第五章模糊智能控制理论

5．1 模糊智能控制的产生及其发展

5．2 模糊控制原理概述

5．3 模糊控制系统的基本思想

5．4 模糊控制器的结构组成

5．5 模糊控制器的设计过程

5．5．1 模糊语言变量

5．5．2 输入量模糊化

5．5．3 模糊控制规则的建立

5．5．4 模糊推理

5．5．5 反模糊化

5．6 模糊控制与常规PID控制的比较

5．6．1 模糊控制器的特点

5．6．2 模糊控制与常规PID控制的特性比较

5．7 起重机运行系统控制算法的选择

第六章起重机纠偏模糊控制器的设计

6．1 模糊控制器的结构设计

6．2 模糊控制器各部分设计

6．2．1 数据库

6．2．2 知识表达和知识库的建立

6．3 模糊推理方法设计

6．4 推理机和黑板

6．5 学习环节的设计

6．5．1 评价函数的建立

6．5．2 学习算法设计

6．6 采样周期的选择

6．7 控制程序的设计编制

6．8 实验室模型调试

6．9 本纠偏系统与比例纠偏控制系统的效果对比

第七章结论与展望

7．1 结论

7．2 研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及著作

发布时间: 2005-10-21

参考文献

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