基于時滯濾波器的橋式卸船機(jī)的定位和防擺控制研究.pdf

1、在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下,國際貿(mào)易的蓬勃發(fā)展帶動了海上大宗散貨和集裝箱運(yùn)輸量的快速增長。因此,近些年來港口卸船機(jī)械的市場需求量變得越來越大。其中,作為散貨碼頭生產(chǎn)作業(yè)主要機(jī)械的橋式抓斗卸船機(jī)以及作為專業(yè)化集裝箱碼頭裝卸船舶主要設(shè)備的岸邊集裝箱起重機(jī)都可以歸納為橋式卸船機(jī)的范疇。然而,在橋式卸船機(jī)的工作過程中,在負(fù)載提升、小車運(yùn)行和定位卸貨時,由于小車的加減速和負(fù)載提升等因?yàn)闀鹭?fù)載的來回?cái)[動,這不但增加了事故發(fā)生的可能性,而且造成卸貨時定

2、位困難。傳統(tǒng)的控制方法是操作人員通過經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動調(diào)節(jié),作業(yè)效率比較低,不能滿足現(xiàn)代化大型作業(yè)的要求。為了適應(yīng)貨運(yùn)量增長和船舶大型化對快速裝卸的要求,裝卸過程迫切需要實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)。
　　 國內(nèi)對自動卸船技術(shù)的研究起步較晚,還未有成熟穩(wěn)定的國產(chǎn)自動卸船系統(tǒng)投入實(shí)際使用,所以目前幾乎所有的卸船機(jī)自動作業(yè)系統(tǒng)均為引進(jìn)設(shè)備。因此,通過對橋式卸船機(jī)現(xiàn)有技術(shù)和資料的借鑒和總結(jié),開發(fā)出一套具有自身特點(diǎn),適合卸船機(jī)實(shí)際操作的卸船機(jī)自動控制方案,

3、是一個很有理論意義和實(shí)用價值的研究課題。
　　 本文的主要創(chuàng)新工作有:
　　 1、提出多峰極不靈敏和完全不靈敏型魯棒最優(yōu)隨機(jī)時滯濾波器。
　　 基本的最優(yōu)隨機(jī)時滯濾波器(OATF)是利用最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)的一種時滯濾波器。該方法對建模誤差(濾波器的建模值和系統(tǒng)的實(shí)際值)的魯棒性較差,影響了實(shí)際應(yīng)用。
　　 本文在頻域,利用零點(diǎn)配置方法,通過在系統(tǒng)極點(diǎn)附近配置多個濾波器零點(diǎn),設(shè)計(jì)了多峰極不靈敏(EI)魯棒OA

4、TF以及對頻率和阻尼誤差均有較強(qiáng)魯棒性的完全不靈敏(TI)魯棒OATF。設(shè)計(jì)的魯棒OATF在小車運(yùn)行和負(fù)載提升復(fù)合動作的橋式卸船機(jī)定位和防擺控制中進(jìn)行應(yīng)用,性能良好。與基本的OATF進(jìn)行比較,本文設(shè)計(jì)的魯棒OATF能夠?qū)崿F(xiàn)小車定位的同時,對繩長的變化具有更好的魯棒性,能更好地抑制負(fù)載的殘留振蕩。
　　 2、提出橋式卸船機(jī)的時變時滯濾波器控制方法。
　　 基本的時滯濾波器對建模誤差的魯棒性的提高是以延長濾波器的時間長度為代

5、價的。針對這一問題,本文研究了一種在保持較短的濾波器時間長度基礎(chǔ)上增強(qiáng)魯棒性的方法,即設(shè)計(jì)了抑制時變系統(tǒng)殘留振蕩的時變時滯濾波器。
　　 在進(jìn)行卸船機(jī)的復(fù)合運(yùn)行過程的控制時,該時變?yōu)V波器通過在線反饋卸船機(jī)的振動頻率和阻尼,實(shí)時地調(diào)節(jié)濾波器中脈沖的時間位置和幅值。與基本的魯棒時滯濾波器進(jìn)行比較,該時變時滯濾波器對繩長變化具有更好的魯棒性,能更有效地抑制負(fù)載的殘留振蕩；同時能更快地實(shí)現(xiàn)小車定位和負(fù)載防擺,有利于提高作業(yè)效率。

6、　　 3、提出帶有尾部信號的多峰EI和TI型魯棒時間最優(yōu)時滯濾波器以及帶尾部信號的正幅值時滯濾波器。
　　 首先,在帶尾部信號的時間最優(yōu)時滯濾波器的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了對建模誤差魯棒性更強(qiáng)的多峰EI魯棒時間最優(yōu)時滯濾波器以及TI型魯棒時間最優(yōu)時滯濾波器。這種魯棒性的設(shè)計(jì)不僅可以用于復(fù)數(shù)極點(diǎn),也適用于實(shí)數(shù)極點(diǎn)。
　　 其次,設(shè)計(jì)了帶尾部信號的正幅值時滯濾波器。該時滯濾波器將基本正幅值時滯濾波器可以和任意輸入作用的優(yōu)點(diǎn)與帶尾部信

7、號的時滯濾波器可以減小系統(tǒng)輸出響應(yīng)時間的特性有機(jī)地結(jié)合起來。通過與基本魯棒時滯濾波器進(jìn)行級聯(lián)控制,可以應(yīng)用到橋式卸船機(jī)的復(fù)合運(yùn)行過程中。和基本魯棒時滯濾波器控制方案比較,該級聯(lián)控制方案能更快地同時實(shí)現(xiàn)小車定位和負(fù)載防擺,有利于作業(yè)效率的進(jìn)一步提高。
　　 4、提出橋式卸船機(jī)的基于時滯濾波器的模糊控制方案。
　　 考慮到負(fù)脈沖濾波器能夠減小系統(tǒng)輸出的響應(yīng)時間,在前面設(shè)計(jì)的魯棒OATF的基礎(chǔ)上,利用負(fù)脈沖時滯濾波器的這種優(yōu)點(diǎn)

8、來有效地抑制負(fù)載振動,并可提供小車的參考速度曲線,同時可控制小車的位置和負(fù)載的擺角；此外,在此基礎(chǔ)上,再設(shè)計(jì)一個簡單的模糊控制器來進(jìn)一步完全消除負(fù)載殘留振蕩,從而保證定位精度,同時克服系統(tǒng)的非線性和外部干擾對系統(tǒng)性能的影響。本混合控制方案能夠允許更大的負(fù)載提升距離,可同時實(shí)現(xiàn)小車的定位和負(fù)載的完全消擺,并可有效地抑制負(fù)載的瞬時振蕩,有利于安全作業(yè)。并且,該混合方案對參數(shù)變化(主要對繩長)和外部干擾(如初始擺角)具有較好的魯棒性能。