龙门起重机不同控制系统的比较

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1、智能控制自动化2010年，1，68-81DOI:10.4236/ica.2010.12008发布时间：2010年11月龙门起重机不同控制系统的比较斯蒂芬·熊荷兰HAN大学，阿纳姆和奈梅亨电子邮件：js-bruins@hotmail.com收于2010年6月22日，修订后的收于2010年9月4日，接受于2010年9月15日摘要对于龙门起重机系统，本文说明了四种控制算法之间的比较。算法的比较是基于简易性、稳定性和鲁棒性。控制器的目标是以最小的过冲和最大的速度将负载移动到龙门起重机上一个新的位置。另外一个目标是尽可能的提高控制器在行为方面的洞察力。在这篇文章中并行使用P-控制器、层叠P-控制器、模

2、糊控制器和内模控制器。为了验证和设计一个从龙门起重机中衍生出来的控制器模型，将这个控制器模型在MatlabSimulink中实施。最后，控制器的验证和调试在Labview中的龙门scrane比例模型实验室。主要结论是，提出的所有控制器都可以作为龙门起重机的控制器，但是，模糊控制器展示出了最好的性能。关键词：门式起重机、建模、控制、模糊、内模控制、控制算法、比例模型、Labview、Matlab、Simulink1、简介龙门起重机在控制工程学领域是一种流行的教育陈建过程。最重要的是适合于示范大范围的控制算法。随着不断改善的工装测试和控制算法的实现轨道越来越高效而变得更快。为了使控制器在准确行为

3、方面得到一个好的洞察力，当然，一个示范的过程是必要的。在本文中一个比例模型被用于对每一个控制器的示范。本文的重点是控制器的示范，而不是为了寻找最好的控制器。因此正在使用的控制器是非常简单的，而且在控制理论方面是备有证明文件的，而不是为了特定的任务而试图去寻找最好的个性化控制器。本文结构如下，第2节介绍了龙门系统和该数学模型系统的导出。第3节介绍了四个控制算法。第4节就控制器的模拟在Matlab中的Simulink进行了讨论。第5节在Labview中确认控制器。最后第6节正在做出结论。1、门式起重机系统图1展示了一个典型的龙门起重机系统。这样的起重机被用于港口集装箱和船舶的装载和卸载。起重机的

4、移动是通过连接到电动机上的传送带，而电动机是用一个频率转换器来控制的。运动期间负载的振动频率与起重机的成比例关系。通常情况下，起重机驾驶员以运动被控制的方式来控制电动机。这种振荡会导致负载或卡车在加载过程中被损坏。图1龙门起重机系统负载动因的概述在实验室的比例模型上，负载和负载和起重机之间的电缆的长度是固定的，关节和负载和起重机之间的电缆也是固定的。控制器的目标是以最小的过冲和尽可能快的速度移动到一个新的位置。表1是龙门起重机比例模型的组件。表1、组件列表组件部分生产厂家类型齿形皮带轴FESTODGE－ZR－KF40毫米尺寸1100毫米行程伺服电机FESTOMTR－AC100－3S伺服电机控

5、制装置FESTOSEC－AC－305角度传感器CONTELECRSC3762236111402速度传感器FESTO上伺服电动机控制装置数据采集美国国家仪器NIcDAQ－9172模拟量输出模块美国国家仪器NI9263模拟量输入模块美国国家仪器NI9215控制软件美国国家仪器LabVIEW8.5为了能够模拟龙门起重机系统，将其分解成四个部分。一个模型包括电动机、运输带、质量和负载。2.1电机的建模对于电机而言，状态空间模型是派生的。第一步是状态的选择，输入和输出选择如下模型：其中，i(t)是马达电流，θ(t)是角度，ω(t)是角速度，v(t)是电动机电压。电动机方程如下：其中，R是电阻，L是电感

6、，K电动势常数，K是电枢常数，K是粘性摩擦力的近似线性值，J是惯性负载。这些方程被重新排列，以便能够在状态空间模型中使用这些公式，用这些信息可以创造出一个状态空间模型：然后，一般被应用于状态空间模型到传递函数之间的转换。这个结果导出了以下的电机传递函数：2.2皮带的建模皮带有一定的阻尼，但是带的阻尼一般会被忽视，因为马达导致的阻尼对于皮带产生的阻尼而言是占主导的。2.3质量的建模质量公式被用于旋转平移电源间的转换，其中，ω滑轮的角速度，T是滑轮的转矩，F是功率，v是质量的速度。质量的速度等于滑轮的速度，另外其中，R是滑轮的半径，v是滑轮的速度，现公式（7）可以改成如下公式：滑轮关于能量的转换

7、有一个确定的效率，如以下公式：其中，T是电机的转矩，Eff是滑轮的效率。电机的转矩可以改写为：其中，J是总动量，ω是角速度。导出如下公式：当这个功能被转移到s-域时，2.4负载的建模图1被用于计算关于负载的位置的基础。在x方向上力替补到v然后，平衡转矩对于模拟和建模，取cos(θ)=1;sin(θ)=θ,然后代入到v中，用数学工具Maple将式（16）和式（18）用于创建关于负载的速度的函数也可以用于负载的角