绳系系统的非线性最优控制及其实验

论文摘要

绳系系统在电力与通信、土木工程、航空航天等领域具有重要的应用。绳系吊装系统为一典型的非线性动力学系统,如何有效控制系统吊重摆动和精确定位成为绳系吊装系统亟待解决的问题。本文应用Lagrange方程建立了绳系吊装系统的非线性动力学模型,采用矢量法辅助推导出塔式吊装系统吊索的张力、变幅控制力和回转控制力,并讨论了绳系吊装系统常见的工作状态下的系统参数变化。研究了在工作时间未知情况下的绳系吊装系统的非线性最优控制问题,基于Chebyshev级数展开对状态约束和控制约束离散化,将高维绳系吊装系统的非线性最优控制转化成典型的线性二次规划问题,通过数值模拟仿真获得了系统状态和控制变量的时间最优历程。数值仿真表明,该方法对于吊装系统吊运过程中摆角运动和准确到达目标位置的控制具有良好的效果。设计了门式吊装系统控制实验装置。通过实验验证了门式吊装系统最优控制的控制效果。实验结果与数值仿真结果基本吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外文献分析
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内外研究现状的比较
• 1.3 本文的主要内容和结构安排
• 第二章 绳系吊装系统的建模与运动情况分析
• 2.1 引言
• 2.2 力学模型
• 2.2.1 数学建模与拉格朗日方程
• 2.2.2 门式吊装系统数学模型
• 2.2.3 桥式吊装系统数学模型
• 2.2.4 塔式吊装系统数学模型
• 2.3 三种吊装系统的运动情况分析
• 2.3.1 门式吊装系统运动情况
• 2.3.2 桥式吊装系统运动情况
• 2.3.3 塔式吊装系统运动情况
• 2.4 小结
• 第三章 绳系吊装系统的非线性最优控制
• 3.1 引言
• 3.2 最优控制理论概述
• 3.2.1 最优控制理论的发展历程
• 3.2.2 最优控制理论数学模型的描述
• 3.2.3 最优控制问题求解方法
• 3.3 非线性最优控制问题
• 3.4 绳系吊装系统的非线性最优控制
• 3.4.1 门式吊装系统的非线性最优控制
• 3.4.2 桥式吊装系统的非线性最优控制
• 3.4.3 塔式吊装系统的非线性最优控制
• 3.5 小结
• 第四章 绳系吊装系统模型实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 系统实验模型
• 4.3 模型控制系统的总体设计
• 4.4 控制系统的硬件构成
• 4.4.1 PCI-1711 数据采集控制卡
• 4.4.2 交流伺服系统
• 4.4.3 旋转编码器
• 4.4.4 信号调理电路
• 4.5 控制系统的软件构成
• 4.5.1 LabVIEW 概述及语言特点
• 4.5.2 LabVIEW 编程简介
• 4.5.3 控制系统LabVIEW 程序设计
• 4.6 实验结果
• 4.6.1 实验结果与数值仿真比较
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表或撰写的论文