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基于高斯伪谱法的双摆桥式起重机消摆策略分析

汇报人：

2024-01-22

contents

目录

引言

双摆桥式起重机动力学模型

高斯伪谱法原理及在消摆策略中应用

基于高斯伪谱法的双摆桥式起重机消摆策略设计

实验研究与分析

结论与展望

引言

01

双摆桥式起重机在工业生产中的广泛应用

双摆桥式起重机作为一种重要的物料搬运设备，在工业生产中具有广泛的应用，其运行稳定性和效率直接影响到生产线的顺畅和产品质量。

消摆策略的重要性

在双摆桥式起重机的运行过程中，由于各种因素的影响，如负载变化、风扰等，会导致起重机产生摆动，严重影响其运行稳定性和安全性。因此，研究双摆桥式起重机的消摆策略具有重要的现实意义。

高斯伪谱法在消摆策略中的应用前景

高斯伪谱法作为一种有效的数值优化方法，在解决复杂非线性优化问题方面具有显著优势。将高斯伪谱法应用于双摆桥式起重机的消摆策略中，有望为起重机消摆控制提供新的思路和方法。

国内研究现状

国内学者在双摆桥式起重机消摆策略方面进行了大量研究，主要集中在控制算法的设计和优化方面。例如，采用PID控制、模糊控制、神经网络控制等方法对起重机进行消摆控制，取得了一定的研究成果。

国外研究现状

国外学者在双摆桥式起重机消摆策略方面也开展了广泛的研究。他们不仅关注控制算法的设计和优化，还注重从机械结构、动力学模型等角度对起重机进行深入研究，为消摆策略的制定提供了更多的理论依据。

发展趋势

随着计算机技术和人工智能技术的不断发展，未来双摆桥式起重机消摆策略的研究将更加注重智能化和自适应性的提高。例如，利用深度学习、强化学习等方法对起重机进行智能消摆控制，实现自适应调整和优化。

本研究旨在基于高斯伪谱法，对双摆桥式起重机的消摆策略进行深入分析。首先，建立双摆桥式起重机的动力学模型，并分析其摆动特性；其次，设计基于高斯伪谱法的消摆控制器，并通过仿真实验验证其有效性；最后，对实验结果进行分析和讨论，提出改进和优化建议。

研究内容

本研究采用理论建模、数值仿真和实验验证相结合的方法进行研究。首先，通过理论建模建立双摆桥式起重机的动力学模型；其次，利用数值仿真方法对消摆控制器进行设计和优化；最后，通过实验验证对仿真结果进行验证和分析。

研究方法

双摆桥式起重机动力学模型

02

桥架结构

大车运行机构

起升机构

小车运行机构

双摆桥式起重机采用箱形或桁架式桥架结构，具有较高的刚度和稳定性。

通过电动机、减速器等驱动，实现重物的升降运动。

驱动方式多样，可实现起重机在车间或仓库内的灵活移动。

沿桥架上的轨道运行，带动起升机构进行横向移动。

选择能够描述双摆桥式起重机运动状态的广义坐标，如大车位移、小车位移、重物升降高度等。

广义坐标选取

运动方程建立

非线性因素处理

基于拉格朗日方程或牛顿-欧拉方法，建立双摆桥式起重机的动力学方程。

考虑摩擦、空气阻力等非线性因素，对动力学模型进行修正和完善。

03

02

01

通过实验测量或查阅相关文献，获取双摆桥式起重机动力学模型中的各项参数，如质量、长度、转动惯量等。

将模型计算结果与实验结果进行对比分析，验证模型的准确性和可靠性。同时，针对模型中的不足和误差来源进行改进和优化。

模型验证

参数确定

高斯伪谱法原理及在消摆策略中应用

03

高斯伪谱法采用正交多项式作为基函数，对状态变量和控制变量进行逼近，从而将连续的最优控制问题转化为离散的非线性规划问题。

基于正交多项式的逼近

通过在高斯点上配置离散点，将连续的时间区间划分为若干个小区间，然后在每个小区间内采用拉格朗日插值多项式逼近状态变量和控制变量。

配点法求解

将系统的动态约束、边界条件以及性能指标等约束条件转化为非线性规划问题的约束条件，从而方便求解。

约束条件的处理

1

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3

建立双摆桥式起重机的数学模型，包括起重机的运动学方程和动力学方程，以及摆动的动力学方程。

双摆桥式起重机模型

确定消摆策略的目标，即使得起重机在搬运过程中摆动的幅度和速度最小化，从而提高搬运效率和安全性。

消摆目标

考虑起重机在实际运行过程中的物理限制和操作限制，如最大速度、最大加速度、电机力矩等约束条件。

约束条件

消摆策略优化问题建模

将双摆桥式起重机的消摆策略问题建模为最优控制问题，以起重机的状态变量和控制变量为优化对象，以消摆目标为性能指标。

高斯伪谱法求解

采用高斯伪谱法对消摆策略优化问题进行求解，通过正交多项式逼近和配点法将连续的最优控制问题转化为离散的非线性规划问题，并利用非线性规划算法进行求解。

仿真验证与结果分析

对求解得到的消摆策略进行仿真验证，分析其在不同工况下的消摆效果、能量消耗以及鲁棒性等方面的性能表现。同时，与其他消摆方法进行比较分析，评估高斯伪谱法在双摆桥式起重机消摆策略中的优势和局限性。

基于高斯伪谱法的双摆桥式起重机消摆策略设