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基于自适应模糊的折臂式船用起重机减摆控制策略研究
| 论文题名： | 基于自适应模糊的折臂式船用起重机减摆控制策略研究 |
| 关键词： | 折臂式船用起重机;减摆控制;自适应模糊;运动学模型 |
| 摘要： | 船用起重机是在海上作业必不可缺少的工程搬运设备，属于船舶与海洋工程领域核心技术装备之一。然而，由于海浪的激励，有效载荷会无规则摆动，这不仅降低了起重机搬运作业的效率，还会导致吊重与船舶上其他物体和人员发生碰撞，造成非必要的损失。折臂式船用起重机具有结构简单、工作半径大、操作灵活、存放占用空间少的特点，在海上作业潜力巨大，因此对其开发一种能够在船舶运动下保持有效载荷精确定位的控制系统显得非常必要。 本文基于国内外船用起重机减摆控制策略的发展现状及研究成果，不同于通过海浪补偿这种从运动学角度进行有效载荷减摆的方法，而是从动力学角度着手，建立折臂式船用起重机的非线性动力学模型，并针对系统的欠驱动性和外部干扰的不确定性，提出一种基于自适应控制的减摆策略，并在虚拟环境中进行仿真试验。本文主要研究工作如下： 对船舶在海浪激励下的运动特点进行探讨，建立折臂式船用起重机的运动学模型，并总结出绳索与起重机末端接触位置变化的规律和绳索长度变化的规律。在非惯性坐标系中，分析三维空间刚体动力学的特点，推导出拉格朗日函数，在此基础上完成对折臂式船用起重机系统的动力学建模，并通过仿真验证该模型的正确性。 分析滑模变结构控制和准滑模变结构控制的特点，将系统中耦合变量的滑模面构造成复合面，设计出可用于欠驱动系统控制的准滑模变结构控制律，又针对控制律中的未知项，设计一种自适应模糊逻辑系统来实时估计，从而提出基于自适应模糊准滑模的折臂式船用起重机减摆控制策略。 创建折臂式船用起重机三维模型，并在虚拟仿真平台Unity3D中搭建折臂式船用起重机动力学仿真环境，通过UDP协议进行数据传输，实现Matlab和Unity3D的联合仿真。仿真表明，在3级海况、4级海况和5级海况下，相较于无减摆控制，使用本文所述方法，有效载荷摆角的均方根误差分别减少了95.28%、87.36%和76.00%。 |
| 作者： | 李小涛 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 金贺荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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