文 献 综 述

一.课题研究背景及意义

起重机作为当前世上最主要的起吊搬运设备之一，被大量地应用于制造业、建筑业以及港口运输业。由于不断扩大的工业生产规模以及日益提高生产效率，在现代化生产过程中起重机的应用越来越广，作用越来越大，对其要求也越来越高。

由于起重机的吊重惯性与悬索构成的摆系统，在它的运行过程中，尤其是在启动和制动阶段，吊重会产生摆动，吊重的摆动幅度与其加减速度成一定的比例关系。因此效率要求越高的应用场合，吊重的摆动幅度也越大。在起重机械进行装卸作业时，平均有超过30%的时间浪费在起重机械的对位上。此外，对海上作业的大型起重机械来说，由于起重量大，运行速度快以及受风浪的作用，吊重摆动问题更加突出，一旦发生与结构物的碰撞，将引发灾难性的后果，这就对装卸作业平稳性及安全性提出了更高的要求。随着起重机行业的发展，起重机减摆控制技术也在不断进步，自动化、智能化水平不断提高。除了最传统的通过提高操作人员经验以及人工手动减摆，起重机减摆的方法一般分为机械式减摆、机械电子减摆和电子减摆^【1】。其中又以电子减摆为现在的主流发展方向，它通过协调驱动输入来达到减摆目的，它的实现与计算机技术、电控技术、光缆技术、液压技术、机械驱动技术等都息息相关。从最早的基于输入整形的开环控制方法，到许多经典的闭环控制方法，以及后来出现的智能控制方法都属于电子减摆技术。目前，最受众多学者追捧的神经网络控制、模糊控制等就属于智能控制，智能控制在选择起重机变速时刻、变速大小方面有较大优势，它蕴含了模仿优秀起重机司机实际操作的控制原理。不少学者的研究表明智能控制能在处理起重机减摆问题上能取得较好的减摆效果和较高的安全性。

综上所述，在起重机的启动和制动过程中如何减小甚至消除吊重的摆动就成为该领域关注的重点问题。

二.发展趋势及研究现状

抑制振荡的方法在很早就已经开始研究了。1982年Manson基于Pontryagin最大值原理设计时间最优的加速度轮廓算法用于桥式起重机的控制。Sakawa^【2】在1981年一1982年间将最优控制技术用于起重机。Singhose采用不同方式的整形指令，用分析解求得的负值脉冲和正值脉冲作为系统的输入用以降低柔性系统的残余振动。Okuyama和Horiguchi^【3】应用基于末态控制技术确定前馈控制输入和参考轨迹的方法，实现了硬盘驱动的无残留振动。

对输入整形技术的研究始于抑制小阻尼伺服系统振荡模态的残余振荡。20世界50年代，Smith从相隔半个周期的两个正弦信号可以相互抵消这一原理出发，引入了Posicast这一控制方法，即将一个给定振幅的阶跃按照时间段分成两个小幅值的阶跃。在悬垂物的移动实验中，将垂直悬挂的重物移动到一半距离时，重物会产生半周期的摆动，并达到末端位置。这时迅速移动重物到末端位置，而载荷仍保持在原位置。这种方法称为Posicast控制。该方法可以消除残余振荡，但由于鲁棒性较差，因此此方法未得到应有的重视。在20世纪70年代，直到90年代初，麻省理工学院的N.C.Singer}6}等学者改进了这种方法，并将之称为输入整形技术(Input Shaping Technique)后，这种方法才得到广泛研究，并且深入的对其进行研究。尤其在20世纪90年代中期，自从N.C.Singer等在一份专利中解决了Posicast控制的鲁棒性，并将其称之为输入整形技术以来，对输入整形器的研究相当活跃，取得了丰硕的成果。

上世纪50年代国外就开始了起重机减摆方面的研究，从输入整形控制开始，电子减摆技术越来越成熟。输入整形开环控制是研究开发较早的一种起重机前馈减摆技术，通过时滞滤波器^【4】((TDF,Time-Delay Filter)对控制信号进行整形来消除载荷的残余震荡。最简单TDF的基本原理就是激励两个瞬时脉冲震荡，通过延时抵消系统震荡。这种方法最早由Smith,Calvert和Gimple提出，后来在Singer, Singhose的推动下逐渐成熟并得到运用。这种减摆方法结构简洁不需要反馈系统，可应用于任何信号的整形，在早期的起重机减摆中应用比较普遍。