1.1 研究目的及意义

酸洗车间起重机是一种桥式起重机，由驱动装置、安全装置、起升机构，金属机构等构成^[1]，起重机通过抓斗、吊钩等取物装置进行货物的卸载，取物装置通过钢丝绳和滑轮组与起重机起升机构相连接，进行作业^[2]。酸洗车间全自动高精度定位起重机作为一种作业在钢管酸洗环境中的起重设备，广泛应用于工厂之中，在起重能力、工作效率等方面的特点和优势使得它在很多工业过程中占有着不可替代的重要作用。因此酸洗车间起重机的工作效率在整个工业过程中占据着不可或缺的地位^[3]。

由于起重机的挂梁是通过折叠臂与喷洒装置相连接，在进行作业的过程中由于速度的改变以及外界干扰因素，不可避免的会产生摇摆，这几乎是所有起重机都会遇到的一个问题，目前国内还没有大范围的使用防摇摆装置，大多数起重机都是手动操控，为了防止摇摆，操作人员会降低作业运行的速度来达到摆动幅度在安全范围以内，严重影响工作效率^[4]，而在酸洗车间这一特殊的环境进行酸洗喷洒的过程中会用到盐酸、硫酸硝酸等多种强酸，如果操作人员为了工作速度而进行违规操作，喷洒装置摆动幅度超过一定范围，会导致这些强酸不可避免的接触到人体，对作业人员造成不同程度的伤害，引发安全事故甚至造成人员伤亡，所以，研究设计防摇摆装置在经济效益，安全领域有重要意义。

不仅如此，在没有防摇摆装置的起重机上工作，减小摇摆幅度主要靠的还是人工操作，手动进行控制，连续的高强度作业也容易使操作人员受到疲劳等人为因素的影响,定位时频繁操作也会加速金属结构的疲劳，因此全自动高精度的起重机研究是很有意义的。

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 国内外研究现状

在防摇摆装置的的研发与应用领域，国外公司一直处于世界前列。1958年，O.J.MSmith提出开环防摇摆控制方法，双脉冲前馈控制，这是一种常见的处理震荡的方法：当行车以一定加速度运行时，吊物会以一定摆动周期（T）摆动，在一半摆动周期（T/2）时施加一个等量等时的短脉冲后，吊物形成的摆动会消除^[5]。

而近年来著名的变频厂家如西门子、施耐德等也研发出防摇摆装置。施耐德的防摇摆控制系统，起升变频器采用一台ATV71变频器加防摇摆功能卡，变频器之间采用CANopen总线通讯方式，起升编码器直接连接变频器的防摇卡。当防摇摆辅助功能的参数设置好之后，吊钩高度可由变频器实时测得，并通过通讯将数据传输给变频器。根据提供的数据，系统自动进行调整和防摇摆控制^[6]。

相比于国外，国内防摇摆研究则起步较晚，但受到国家以及企业的高度重视，发展迅速。经过多年努力，河南卫华集团成功研发起重机电气控制系统，大幅度消减载荷的摇摆达95%之上，性能指标达到世界先进水平。

1.2.2 防摇摆控制研究现状概述

由于研究起重机防摇控制有很大的经济价值，同时起重机摇摆系统属于非线性、欠驱动系统，是一类比较难控制的系统。所以起重机的防摇摆控制一直是被国内外学者广泛研究的问题。虽然防摇摆的研究已经获得了很多成果，市场上也已经有了比较成熟的产品，但是不论是学术研究还是实际产品在稳定性、抗干扰能力、使用效率和成本方面都还有很大的发展和改进的空间。总的来说防摇控制的方法主要为几类：经典控制方法如极点配置PID控制^{[7][8][9][10]}，输入整形控制^[7]，最优控制运动规划^[11]，LQR/LQG控制^[12]，滑模控制^[13]，自适应控制^[14]以及结合了模糊理论^[15]和神经网络^[16]等理论的控制方法等。其中输入整形控制和最优控制为前馈控制，而PID控制、极点配置、滑膜控制、自适应控制为反馈控制。

前面介绍的防摇控制方法都属于反馈控制，反馈控制都需要实时的得到系统的观测信号。起重机防摇摆系统中的反馈信号一般是起重机大小车的运行速度、起升高度（即绳长）和吊重的摆动等^[17]。应用于起重机防摇摆控制中还有一类控制方法即前馈控制方法，比如输入整形控制和最优控制。最优控制在起重机防摇摆系统中也称为运动规划。起重机防摇具有一个输入和两个输出，使摆角为零和使运行速度误差为零这两个目标会有相互矛盾的情况。所以需要设计控制器时找到一个平衡，但通过反馈控制方法很难达到。一些学者根据最优控制理论最大值原理得到在某一评价指标下的最优控制方案。这种最优控制是在足够简单的理想数学模型下建立的，针对整个控制过程出发的最优前馈控制，即不加入反馈环节通过特定的输入使系统达到理想的输出。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本设计拟用所学知识对酸洗车间全自动高精度定位起重机防摇摆装置进行设计，并运用三维软件比如Creo，SolidWorks进行建模，并利用adams进行仿真，主要进行以下工作：

1 了解酸洗起重机的相关知识，查找常见参数，对其结构有一定的认识，并根据需求简化模型。