外文翻譯--防止起重機(jī)負(fù)載擺動的反饋控制指令開關(guān) 中文版

防止起重機(jī)負(fù)載擺動的反饋控制指令開關(guān) 摘要 當(dāng)起重機(jī)在搬運(yùn)物體工作時，有效載荷經(jīng)常大振幅度振動。用開環(huán)的方法處理這一問題的效果并不理想，閉環(huán)方法也被使用，但發(fā)動機(jī)需要變速工作。本文敘述了在發(fā)動機(jī)關(guān)閉之后持續(xù)適時控制單速電機(jī)消除實(shí)際載荷振動的反饋方法，抑制振動的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案是在橋式起重機(jī)上進(jìn)行的。 一、緒論 起重機(jī)經(jīng)常被用來在復(fù)雜的工作空間搬運(yùn)物體。一個經(jīng)常存在的問題就是起重機(jī)在負(fù)載情況下可以自由擺動。這些擺動構(gòu)成了安全隱患并能影響到載荷變化或其他在工作場所物體。實(shí)際上，一名經(jīng)驗(yàn)豐富 的起重機(jī)操作員必需在控制器的幫助下才能保持?jǐn)[動幅度。最近，有了不同的用于增強(qiáng)操作員技術(shù)的控制方法，這些方法分為開環(huán)和閉環(huán)。 開環(huán)采用的辦法是輸入整形，這種方法被證明在起重機(jī)移動時和移動后能有效的減少載荷擺動。整形可以有計劃的提高充足的建模不準(zhǔn)確性（即纜索長度變化的頻率）。另一個辦法是開環(huán)優(yōu)化控制，這是基于數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)計算出的離線運(yùn)動軌跡。但是，如果模型不是準(zhǔn)確的，其性能也將受到影響。這種情況也是輸入整形，但程度較輕。在此外，最優(yōu)控制沒有使用當(dāng)前的起重機(jī)操作員界面，因?yàn)槭孪仁遣恢缆窂降摹?反 饋控制需要預(yù)防的是系統(tǒng)模擬的不確定性和外部干擾?？刂破骺刂菩≤嚨奈恢盟俣群屠|索擺動角或控制小車吊具產(chǎn)生傾斜的命令，以減少負(fù)載擺動。吸波控制器調(diào)整小車速度，吸收任何正在返回的有效載荷振動，從而消除擺動。給定延遲角，測量后面的理想位置，也同樣可以證明有效減少了負(fù)載的擺動。 索倫森等人開發(fā)了一種控制系統(tǒng)，結(jié)合了整形和 PD反饋控制。反饋控制使用了在高處攝像頭的測量，并比較了起重機(jī)的模擬成型響應(yīng)。 帕克及 Chang 提出了一個遠(yuǎn)程處理輸入整形的“弱命令”，用另一種方法減少了干擾的影響。為了彌補(bǔ)卸載時的擺動，他們 引入同等規(guī)模的脈沖誘導(dǎo)振動，并且在相反的方向上卸載振動。他們用此方法來減少約 75 的擺動以展示它的潛力。然而，適時的脈沖易于校準(zhǔn)的問題依然存在。 所有的反饋方法需要速度加速度的精確控制。這里的研究是基于使用測量載荷擺動產(chǎn)生命令簡單的開關(guān)電機(jī)消除載荷擺動，使其適用于更廣泛的系列起重機(jī)。 二、 基于矢量的輸入整形器的計算 布克提供了一個分析框架振蕩矢量。 singhose 等人提供了解如何才能實(shí)現(xiàn)對振動消除矢量分析的輸入整形器。沖動的應(yīng)用規(guī)模 A1 的二階阻尼系統(tǒng)單位質(zhì)量會誘發(fā)反應(yīng) tAtx sin1 (1) 這有一個幅度和相位角為零。同樣的，如果一次沖動級 2是適用于時間時刻，然后它會導(dǎo)致輸出 22222 ,s ins in TtTtATtAtx (2) 這有一個幅度 A2和相位角 =時刻。本幅度和角度可以轉(zhuǎn)化為矢量符號如圖 1?？偨Y(jié)這些向量進(jìn)行總振動響應(yīng)，如在圖 2。對應(yīng)的時間響應(yīng)這些 沖動是在圖 3。后一秒脈沖，總響應(yīng)匹配振幅和相位等 AR。 如果系統(tǒng)有阻尼，那么這種方法需要被改性。首先，角度變化 T 21 (3) 其次，阻尼的振幅衰減隨著時間的原因?？紤]到衰減，計算使用有效幅度當(dāng) t=0，結(jié)果在規(guī)定的幅度時刻 T2 21/22 eAA eff (4) 一個成型機(jī)可以設(shè)計這樣的總和所有有效的沖動導(dǎo)致零振動，如在圖 4。為此，該 a3eff 選擇是不同于 RA ，圖 2。得到這一規(guī)模取消沖動，它必須被轉(zhuǎn)換到時間就會出現(xiàn)使用（ 3）和 21/33 eAA eff （ 5） 在現(xiàn) 實(shí)中，系統(tǒng)不移動的沖量。創(chuàng)建一個實(shí)際的命令，脈沖序列卷積與所需的命令。例如圖 5顯示一步命令卷積與 脈沖 產(chǎn) 的 步命令。由此產(chǎn)生的命令不產(chǎn)生任何殘留振動。 圖一 脈沖序列和相應(yīng)的矢量圖 圖二 總結(jié) 2載體獲得總的反應(yīng) 圖三 響應(yīng)時間脈沖（改編自 18） 二、 消除載荷擺動 本研究的目的不是創(chuàng)造的命令結(jié)果在無殘余振蕩點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動。相反，實(shí)測載荷擺動是用來創(chuàng)建命令，取消任何簡單的開關(guān)電動機(jī)一旦發(fā)生振蕩。當(dāng)創(chuàng)建這樣的 命令，巨大的執(zhí)行力向量不能任意選擇，如電機(jī)只能打開和關(guān)閉。然而，把汽車或關(guān)閉將導(dǎo)致有效載荷振蕩，它可以表示為矢量。不像純沖 振 動，這些載體將不會得零分相位角，為 使 電機(jī)不立即停止或加快速度。因此，由時間命令完成，有效載荷將有一些位移和速度，給出一個向量表示類似于圖 6。向量旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)該有一個類似的規(guī)模，但 相反，假設(shè)和加速度減速動態(tài)相似。如果不是，它可以代表了自己的獨(dú)特的振幅和相位。 該控制器在這里將使用指令開關(guān)（開關(guān)）消除位置和速度組成部分的振動?？刂破餍枰嬎氵m當(dāng)時間，這些命令在適當(dāng)?shù)臅r間。 對于這一計 算，矢量三角形的使用，如在圖 7。三角形的三邊的電流振動水平（ avib），和振動振幅的“上”和“關(guān)閉”命令。如果三角形可以被創(chuàng)建，然后振蕩可以被迫回到零（原產(chǎn)地的矢量圖。）假設(shè)運(yùn)營商希望起重機(jī)在移動，然后命令序列會被“關(guān)閉”，等，“對”。某些部分的三角形是眾所周知的：目前的規(guī)模和振動影響轉(zhuǎn)動起重機(jī)（光）和關(guān)閉（ aoff）。未知的是時間，直到起重機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)，并在現(xiàn)有的振動相位角的起重機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)向“關(guān)閉”（振動）。因?yàn)樗且粋€三角形，有一個可能的解決方案，如圖 7 所示。這一時間響應(yīng)這些解決方案是在圖8。在圖 7是可取，它有 一個較小的角，所以直到振動取消短。此外，搖擺角變化小。 找到振動，中間角度可以在圖 9 看到。從余弦定理： c o s2222v ibo ffv ibo ffo n e ff AAAAA （ 6） ono n e ffo ffo n e ffo ffv ib AAAAA c o s2222 （ 7） 從（ 7）得： o n e ffo ffv ibo n e ffo ffon AAAAA2co s2221 （ 8) 如果沒有阻尼，則解決方案可以解決直接 振動效率 。請注意，大多數(shù)起重機(jī)有近零阻尼，但是如果阻尼是重要的，那么該方程可以用來解決，但必須是迭代求解， 21/ onA on eAoneff（ 9） 用方程（ 8）初步計算 =0。計算出on后， 從圖 9 可以計算 v ibo ffo n e ffv ibo ffAAAAA2co s2221 （ 10） 一旦計算出，vib可以計算 offvb（ 11） 一旦 控制器已關(guān)閉，然后等待直到角振動方向相反的上。在這一點(diǎn)上，控制器的電機(jī)上。如果校準(zhǔn)是完美的，振蕩將被淘汰。 如果操作者操作起重機(jī)停止，然后振動可以取消移動支持無論是向前或向后。這樣的結(jié)果是不同的振動相位角，可用于控制器，如圖 10。在圖 10（ 1），相反方向的圖基本上是相同的，如圖 7，除了 在此基礎(chǔ)上 關(guān)閉交換。 e f fe f fof fonv ibof fonof f AAAAA2c o s221 v ibono ffv ibonAAAAA e f f2c os2221 （ 12） onrvb 1如圖 10（ b)，矢量圖具有相同的結(jié)構(gòu)和在圖 10（ a），只是通過旋轉(zhuǎn)弧度。因此 onfvb 2（ 13) 該控制器比較現(xiàn)有的振動相位角對（ 12）和（ 13）無論哪個角度先發(fā)生一次 。 起重機(jī)停止，那么控制器等振蕩相位相反 ，“上升”命令。然后，電機(jī)轉(zhuǎn)向。 最大振蕩幅度可能被取消使用 ， 一個開關(guān)命令大約是兩倍 “誘導(dǎo) 振蕩”命令。如果當(dāng)前振蕩幅度過大，則控制器計算是基于最大注銷水平。作為預(yù)防措施，這一最高水平可以減少到極限移動的距離在取消振蕩，因此限制角on和 T . 限制這種振蕩的消除方法是假定疊加可以用于矢量表征誘導(dǎo)振動。這是唯一真正的電機(jī)的時間達(dá)到穩(wěn)態(tài)速度之間的載體，所以小載荷的振蕩不能消除。因此，一個振蕩幅度閾值是可以使用的。 圖四 總結(jié)三個向量得到零振動 圖五 創(chuàng)建一個樓梯步命令卷積 圖六 向量表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 圖八 響應(yīng)時間 的 矢量圖如圖 7所示 圖七 矢量圖計算時 的 電機(jī)。 圖九角度來計算的命令啟動時間 三、 控制器的實(shí)現(xiàn) 該控制器是使用振蕩消除第三部分 ， 從技術(shù)上體現(xiàn)在大橋式起重機(jī)。起重機(jī)有一個攝像頭安裝在車上測量載荷擺動的平面。本相機(jī)也可以衡量的有效載荷的高度。所有的行動的控制是基于一個單一的有效載荷的高度。該系統(tǒng)可以在不同的高 度和校準(zhǔn)時間會調(diào)整攝像機(jī)測量身高。 （一） 、系統(tǒng)校準(zhǔn) 該控制器計算（ 8） -（ 13）需要量和相位角的振蕩造成的“上”和“關(guān)閉”。這些計算可以繪圖在起重機(jī)的輸入和響應(yīng) 在 同一張圖上，如圖 11。圖 11（ a）表示電機(jī)在 5.5 秒鐘被關(guān)閉，起重機(jī)前進(jìn)。電動機(jī)在大約一秒鐘休息后，命令發(fā)出。圖 11（ b）表示有效載荷擺角和振動水平是由 22 / m （ 14） 在的自然頻率系統(tǒng)下。 在時間的零交叉的擺動角度（bt）和隨后的（at）的輸入變化（it）記錄。 本 相位角的振蕩（b）和隨后的（a）可以輸入計算 pipbb tttt /2 pipaa tttt /2 （ 15） 其中 pt是一個振蕩周期時間。復(fù)雜的矢量的輸入過 程 是由 fo f ff io ffbibaia eAememA （ 16） 在bm和am振蕩幅度之前及后輸入下標(biāo)表示向前運(yùn)動。一個類似的程序可以為剩余向量。 圖形的繪制，可以啟動和停止，為正向和反向，如在圖 12。平均振蕩的幅度 a =0.052 弧度角 =1.11（ +）弧度（ 63.6（ 180）。 （二）、控制器響應(yīng)用戶動作 圖 13顯示了響應(yīng)用 戶請求的起重機(jī)向后移動。圖 13（ a)，用戶輸入顯示使用線的 邊 界。由此產(chǎn)生的小車速度是一條虛線。如圖 (b)所示之，起重機(jī)運(yùn)動振蕩的有效載荷。圖 13 C 顯示相位角振蕩的它也表明，開關(guān)角度計算（ 11） -（ 13）。在最初的交叉（約 2 秒），振蕩級不夠大（ 1.7）觸發(fā)控制行動。它是后一期（約6秒），振蕩消除控制行動發(fā)生。在這一點(diǎn)上，該控制器簡單地關(guān)閉起重機(jī)電機(jī)，如圖 13a 看到的實(shí)線。在這一點(diǎn)上的開關(guān)角跳 動回 電機(jī)。在第 7秒，這個角度發(fā)生，以及起重機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)身。這時候起重機(jī)達(dá)到全速（約 8秒），振蕩水平很小（約一個半度）。 操作者停止按壓反向按鈕約 11 秒，如圖 13a 虛線之時。起重機(jī)停止，再次引起振蕩。當(dāng)所需的命令是在休息，有兩個開關(guān)角度由（ 12）和（ 13）可知，作為起重機(jī)取消振蕩的兩個向前和向后的角度。 一旦起重機(jī)在休息的時候保持很小的振動， 第一次角發(fā)生在 13 秒稍后，和移動式起重機(jī)稍微向前取消振蕩。 三、 控制器響應(yīng)擾動抑制 圖 14 顯示了該反應(yīng)的起重機(jī)干擾當(dāng)橋休息。在第一秒后，有效載荷不穩(wěn)。在大約第三秒，振蕩角相位匹配的開關(guān)角條件，和控制器指揮車向前移動。在過 4秒，相位匹配，那時起重機(jī)停止操作。當(dāng)起重機(jī)休息約 5.5 秒，有效載荷擺動很小。 圖 15 顯示了一個非常大的擾動的響應(yīng)。在第 1秒，有效載荷 變成了 一個擾動 ， 這是一個單一的通斷指令 且 可以抑制。在這種情況下，第一個開關(guān)控制行動抑制最大數(shù)量，進(jìn)而控制行動取消剩余振蕩就在對面方向。這導(dǎo)致小振蕩后起重機(jī) 在 6秒鐘內(nèi) 完成了二個命令。 該控制器還可以在起重機(jī)的移動中 消除干擾 ，如在圖 16。當(dāng)起重機(jī)推進(jìn)小振蕩，有效載荷是在 1 次擾動。該控制器最初給停止命令約 1.5 秒，停止不久后前振蕩相位匹配開關(guān)角，沒有消除。然后控制器直到等到適當(dāng)?shù)南辔唤牵?在適當(dāng)?shù)臅r候 停止 振動約 6秒 。 起重機(jī)開始加速但 以 時間為基礎(chǔ)的安全因素關(guān)閉。然而，有效載荷還不穩(wěn)，所以振蕩，導(dǎo)致小振蕩時，起重機(jī)已返回全速。 圖十 矢量圖時，打開電機(jī) 圖十一 測量橋式起重機(jī)反應(yīng)的“關(guān)閉”命令 圖十二 不同命令下的振動向量 圖十三 響應(yīng)時間 圖十四 應(yīng)對干擾而起重機(jī)休息 圖十五 針對大擾動 圖十六 應(yīng)對干擾時 五、 結(jié)論 一個控制的程序已經(jīng)制定了離合馬達(dá)消除橋式起重機(jī)載荷擺動?？刂剖褂脭[動角度的有效載荷，及其衍生物，以決定何時打開和關(guān)閉起重機(jī)。該方法可以減少振蕩， 當(dāng)起重機(jī)移動或靜止。程序可以實(shí)施在大型橋式起重機(jī)。許多實(shí)驗(yàn)表明，控制系統(tǒng)有效。 六、 參考圖書 （ 1）斯塔爾， G .P .，“擺動自由懸浮物與運(yùn)輸路徑控制的機(jī)器人手臂的動態(tài)系統(tǒng)，“ J .， 測量和控制，卷 1071985，第 97 - 100。 （ 2） feddema， J .，彼特森，羅賓特，河，操作控制系統(tǒng)方法和擺動自由龍門式起重機(jī)。美國專利 5785191。 1998 （ 3） 歌手， singhoseN，”克利庫，輸入整形控制器使起重機(jī)移動而不動搖，發(fā)表于答第七專題會議上機(jī)器人和遠(yuǎn)程系統(tǒng)，奧古斯塔，遺傳算法， 1997。 （ 4） singhose， W，波特，屬，凱尼森， M和克利庫，”影響吊裝在輸入整形控制龍門起重機(jī)，“控制工程實(shí)踐，卷 8（ 10）， 2000， pp .1159-1165。 （ 5） singhose， W . E .， seering， W . P .和歌手，北卡羅來納，“輸入整形減振與指定的不敏感的建模誤差，” japan-usa 符號。柔性自動化，波士頓，馬。1996 （ 6） auernig 和特羅格爾”，時間最優(yōu)控制的起重機(jī)吊裝載荷，“自動化。 23 卷（ 4） 1987 頁。 437-447。 （ 7） 哈馬雷林，林俊杰， marttinen，答， baharova，屬 ，和維拉庫寧， J .，“光路徑規(guī)劃一臺車起重機(jī)：快速和順利轉(zhuǎn)移負(fù)荷，“控制理論與應(yīng)用：英文版，卷。 142（ 1）， 1995 頁第 51 - 57 頁。 （ 8） 道特，防擺控制的橋式起重機(jī)使用線性反饋，“電氣與電子工程雜志，澳大利亞卷 9， 1989 頁 17 - 26。 （ 9） 穆斯塔法和依貝儀器，“非線性建模和控制開銷起重機(jī)載荷擺動?！彪s志的動態(tài)系統(tǒng)，測量，和控制 110 卷， 1988 頁 266-271。 （ 10） 阮， H . T .，“狀態(tài)反饋控制器的一個架空起重機(jī)?！彪姎馀c電子工程雜志，澳大利亞。 14 卷（ 2） 1994， P75 - 84。 （ 11） 李，建模 和控制三維開銷