輸入整形法在起重機中的應用

 

    機和塔式起重機進行防搖控制，延遲反饋加大了系統阻尼；5采用輸入整形法和數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字濾波器響應更快；6將輸入整形算法應用于集裝箱起重機防搖控制中，與傳統單次加速相比，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，廣泛的應用于龍門起重機控制。這項技術是將系統的輸入與整形器中產生的一系列脈沖作卷積，結果作為控制系統的輸入來驅動系統，達到減小殘余振動的目的。輸入整形器的參數是通過解一組限制方程來獲得，根據不同限制方程就可以設計出不同整形器來限制系統殘余振動。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，所產生的組合將沒有振蕩，即實現消擺。

 

    O系統固有頻率，Z――系統阻尼系數；n――整形中的脈沖數；第i個脈沖的幅度和時間；-*后一個脈沖的時間t目前用于閉環系統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動系統產生相同的運動，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龍門起重機數學模型和輸入整形算法，在Mat-lab/Simulink中構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，如果起重機在作業過程中懸索長度、線性阻尼不變，即系統⑴的模型參數O，保持為恒定值，ZV法可以在0.5個理論振蕩周期內，即0.5Td內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過程中，系統模型參數尤其是與懸索長度相關的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用帶來了局限性。為了減少ZV法對模型參數的敏感性，學術界提出了ZVD法（Zero-VibrationandDerivativeShaper，ZVD）。ZVD法在ZV法的基礎上，增加了V對w的變化率在w與IS中的系統模型頻率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（b）ZVD法與未整形龍門起重機吊重擺角響應龍門起重機吊重擺角響應從中可以看出，當未整形的輸入加到系統中，吊臂定位后負載會產生等幅擺動，而將兩種經過整形后的輸入信號加到系統中后，負載在整形輸入作用結束后基本實現零殘余擺動，但經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從中可以看出，將兩種經過整形后的輸入信號加到系統中后，負載在ZVD法輸入作用結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于4結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中的仿真結果驗證了輸入整形策略對吊重防擺控制的有效性。