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专利号: 2019105555841
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 卷扬;提升;牵引
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:求取负载的位移、摆角信息与绳长量耦合到台车位移的控制量;

S2:基于二维桥式起重机动力学模型,分析二维坐标系中台车位移摆角与加速度的关系,结合相平面分析法,建立基于位移摆角的加速度控制信号;

S21:建立二维桥式起重机动力学模型:依据二维桥式起重机简化模型,在广义坐标下,利用拉格朗日动力学方程,建立定绳长二维桥式起重机动力学模型:其中,F(t)表示作用到台车上的合力,M和m分别代表台车和负载的质量,x(t)表示台车水平方向位移,θ(t)表示负载在竖直方向的夹角即摆角, 与 分别表示负载摆动的角速度与角加速度,l是吊绳的长度,g是重力加速度;

S22:结合相平面分析法,得到台车以恒定加速度a运行时的相平面曲线方程:其中,θ(0)=0和 表示初始状态的摆角与初始角速度, 表示自然振荡频率;

S23:建立相平面曲线:基于步骤S22,在以θ(t)为横坐标, 为纵坐标的坐标系中,表示为以[-a/g,0]为圆心, 为半径的圆,即相平面曲线;

S24:依据相平面曲线,分析桥式起重机运动情况可知,当a≠0时,负载以固定角速度ωn做单摆运动;当a=0时,负载与台车保持相对静止;

S3:建立运动控制系统,利用负载在运行过程中的摆动规律,建立对称式的加速度运动轨迹,即三段式加速度轨迹,设定各项性能指标,使得台车准确到达指定位置并消除负载摆动;

S31:三段式加速度轨迹表达式为:

其中,amax表示最大加速度,ta表示加速或减速持续时间,tc表示匀速持续的时间;

在给定的运送距离内,限定各项性能指标:限定最大加速度、最大速度、绳长、最大摆角,根据相平面曲线计算出满足要求的amax、ta与tc值,得到三段式加速度轨迹准确表达式,使得桥式起重机在安全运行范围内能够最快达到指定运送位置消除摆动;

三段式加速度轨迹准确表达式为:

其中,ω=π/t1,为避免负载往复摆动,则t1∈(0,π/2ωn),t1表示加速度变化的加速或减速阶段时间,t2表示加速度恒定的加速或减速阶段时间,t3表示匀速阶段时间;

S32:引入加速度平滑过度曲线:基于步骤S31,在运输距离确定的情况下,即指定位置位移ux=x(t)时,加速与减速阶段的运送位移相同,则加速度轨迹曲线中心对称,整个运送过程中满足以下性能指标:(1)安全摆角指标:运行过程中的最大摆角uθ≥|θ(t)|;

(2)最大加速度指标:运行过程中最大加速度

(3)最大速度指标:运行最大速度

(4)稳态指标:匀速运动及停止运动时的摆角θ(t)=0;

S4:通过调节负载在加速阶段、匀速运动阶段、减速阶段的位移时间函数,在不影响定位的前提下构建负载动态平滑定位防摆轨迹;依据三段式加速度轨迹准确表达式,得到限定各项性能指标下的轨迹方程;若平滑轨迹下台车受到的冲击与三段式加速度轨迹相比,有较大程度的缓解,至此轨迹规划完成。