船式起重机的建模与消摆控制研究.pdf

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1、第31卷第8期机电工程Vo1．31NO．82014年8月JournalofMechanical＆ElectricalEngineeringAug．2014DOI：10．3969／j．issn．1001—4551．2014．08．010船式起重机的建模与消摆控制研究水谢保春，梅志千，尹力伟，李向国(河海大学机电工程学院，江苏常州213000)摘要：针对海上平台船式起重机在运行过程中负载摆动过大、运输效率低下等问题，将辨识与最优化技术应用到船式起重机中，对船式起重机各部分动力学关系进行了分析，建立了船式起重机的数学模型。考虑了负载与船体运动的相互耦合，在FLOW一3D(计算流体动力学

2、软件)中建立了仿真平台，对船摇模型进行了参数辨识，从而建立了完整的系统模型。应用最优化方法设计了一种消摆控制器，该控制器由PI控制器、低通滤波器、陷波滤波器串联而成。最后在Matlab／Simulink上进行了控制模型的仿真试验，比较了负载摆角在控制前、后的差别，发现消摆控制器可以将负载的残余摆动控制在消摆前的10％左右。研究结果表明，通过使用FLOW-3D来辅助建模，效率高且准确；采用最优化方法设计的控制器能较大幅度抑制负载摆动，可以提高船式起重机的运输效率与安全系数。关键词：船式起重机；辨识；最优化方法；消摆中图分类号：TH21；TP273文献标志码：A文章编号：1001—4

3、551(2014)08-1007-05Modelingandanti_·。swayingcontrollerofship。l_boardcraneXIEBao—chun，MEIZhi—qian，YINLi—wei，LIXiang—guo(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HohaiUniversity，Changzhou213000，China)Abstract：Aimingattheproblemsofloadswayandineficiencyofshipboardcraneduringtransfer，theidenti

4、ficationandoptimalmethodwereapplied．Aftertheanalysisofthekinematicanddynamicrelationsbetweenpartsofshipboardcrane，themathematicmodelwasestablished．Consideringcouplingrelationshipofaloadandaship，avirtualplantwasbuiltinFLOW一3D(aComputationFluidDynamicsoftware)．Aftertheidentificationofshipswaymo

5、delbasedondataacquiredfromtheplant，theintegratedeontro]modelwasobtained．AnoptimalmethodwaspresentedtOdesignananti—swayingcontrollerwhichwascomprisedofPIcontroller，lowpassfilterandnotchfiltertocontrolresidualsway．ThesimulationofthiscontrolmodelwasevaluatedontheMatlab／Simulink．Swayingangleofalo

6、adwithcontrolwaseliminatedtoabout10％comparingtotheuncontrolledmode1．TheresultsindicatethatFLOW一3Disaneffectiveandaccuratetooltoassistmodelingandtheanti—swaycontrollerbasedonoptimalmethodcouldreduceresidualswaygreatly．Eficiencyandsafetyfactorofaship—boardcraneisincreasedlargely．Keywords：ship—b

7、oardcrane；identification；optimalmethod；anti—swaying具体而言，起重机在运输货物的过程中主要发生0引言3种运动：变幅、起升和回转。船体在海上运动时包含6个自由度，对船式起重机影响最大的为纵摇与横船式起重机作为旋转起重机的一种，因其工作在摇]。横摇和纵摇均会加剧负载的摆动。在实际应用船体的甲板上，海浪、海风以及船体的摇晃均会加剧中，这些强耦合运动很可能会造成极其严重的后果。负载的摆动n。在外界的刺激下，当船体的运动引起国内外许多学者对