论文总字数：18960字

摘 要

起重机在货运过程中，由于惯性会引起负载摆动，从而难以精确定位，会降低运效率，还存在安全隐患。本文针对桅杆式起重机，建立三维空间的动力学模型，运用滑模控制方法研究负载的摆动抑制问题。本设计的主要内容包括：

1. 从桅杆式起重机的实际结构出发，应用拉格朗日运动方程建立其数学模型。
2. 研究桅杆式起重机的消摆控制，提出分层滑模控制方法，设计出分层滑模控制器，并对系统的稳定性运用Barbalat引理给出证明。
3. 对基于滑模控制控制和PD控制的桅杆式起重机模型进行Simulink仿真验证，并根据仿真结果对比分析两种控制算法。

（4）从经济性角度出发进行非技术性因素分析。针对起重机消摆系统稳定时间，分别计算基于提出的两种控制算法的起重机系统在相同情况下，完成运输工作所耗费的电能和燃油费，进行经济性评价。

关键词：桅杆式起重机 消摆 轨迹跟踪 滑模控制

Anti-sway control of mast crane based on sliding mode control algorithm

Abstract

In the process of freight transportation, the load will swing because of the inertia, so it is difficult to accurately locate, which will reduce the efficiency of transportation, and there are safety risks. In this paper, the dynamic model of the mast crane is established, and the sliding mode control method is used to study the sway suppression of the load. The main contents of this design include:

1. Begin with the structure of mast crane, its mathematical model is set up by using the Lagrange equation of motion.
2. Aiming at the swaying control problem of mast crane, a hierarchical sliding mode control algorithm was put forward, and a hierarchical sliding mode controller was designed. Using the Barbalat lemma,the stability of the control system was proved.
3. Simulink simulation verification is carried out on the mast crane model based on the sliding mode control algorithm and PD control algorithm, and the two control algorithms are analyzed and compared according to the simulation results.

(4) Analyze non-technical factors from the perspective of economy. In view of the stabilization time of the crane anti-sway system, the energy consumed by the two control algorithms is calculated under the same condition, and the economic evaluation is carried out.

Keywords: mast crane; anti-sway trajectory; tracking; sliding mode control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 起重机防摆控制国内外硏究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.2.3 小结 3

1.3 本文的主要内容 3

第二章 桅杆式起重机的三维动力学建模 5

2.1 桅杆式起重机系统模型的建立 5

2.2 桅杆式起重机系统非线性数学模型的建立 5

第三章 桅杆式起重机滑模控制器的设计 10

3.1 滑模控制简介 10

3.2 桅杆式起重机消摆系统滑模控制器的设计 10

3.2 各层滑模面渐进稳定性证明 12

第四章 桅杆式起重机消摆系统仿真验证 14

4.1 输入参考轨迹的设定 14

4.2 基于滑模控制和PD控制的仿真原理分析 17

4.3 基于滑模控制和PD控制的Simulink仿真结果分析 20

第五章 非技术性因素分析 24

5.1 经济性分析 24

5.2 环保性分析 25

第六章 总结与展望 26

6.1 总结 26

6.2 展望 27

参考文献 28

致谢 31

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

起重机的种类繁多，分类方式也多种多样，一般可将其分为桥式起重机和旋转起重机，其中旋转起重机又主要有桅杆式和塔式两种。桅杆式起重机主要由可伸缩的吊杆，转台，绳索，配重以及电气控制系统组成，其工作式包括伸缩运动、回转运动和起伏运动。桅杆式起重机的优点是结构简单，吊运性能好，故被广泛应用于工地、港口等各个工作场所。

桅杆式起重机是利用钢索进行吊运的，在吊运过程中伴随速度变化，所以会引起负载的摆动。消除吊运过程中的负载摆动成为自动起重作业中的一项重要任务，在工业生产中地位也越来越重要。然而，目前消除负载摆动主要靠工人的操作经验，会大大降低吊运效率且缺乏安全性，还会增加人力成本。故设计出可消除负载摆动的控制方法，具有重大的实际意义。

本设计正是在这样的背景下，针对桅杆式起重机在货运过程中出现的负载摆动问题，重点研究其消摆控制方法，消除摆动现象，并对运行轨迹进行跟踪，确保基本与目标轨迹一致。

1.2 起重机防摆控制国内外硏究现状

请支付后下载全文，论文总字数：18960字