《迴轉旋臂式船用起重機系統動力學建模與非線性控制》是依託南開大學，由方勇純擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：迴轉旋臂式船用起重機系統動力學建模與非線性控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：方勇純
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
迴轉旋臂式船用起重機是一類典型的欠驅動系統，且在工作過程中受到海浪等持續擾動的影響，對其進行研究兼具理論和實際套用兩方面的意義。本項目擬對工作在海洋等環境下的船用起重機系統的建模與控制問題展開深入研究。具體而言，考慮到船用起重機變數多、耦合強等特性，將採用拉格朗日方法為其建立一個能綜合考慮海浪等因素影響，相對全面的數學模型。在此基礎上，針對其非線性欠驅動的特性，把控制任務分解為軌跡規劃和跟蹤控制兩個步驟。在軌跡規劃時，著重考慮系統的定位目標和欠驅動特性，將智慧型方法和操作經驗相結合來構造目標軌跡。在設計跟蹤控制器時，深入考慮跟蹤誤差，海浪持續擾動抑制等方面的要求，採用滑模等非線性控制方法來實現跟蹤誤差漸近收斂，系統暫態性能優良等目標。本項目將採用李雅普諾夫方法來理論分析所設計的迴轉旋臂式起重機系統的穩定性。此外，我們還將開發船用起重機原理性平台，對所設計的控制系統的性能進行綜合測試。
結題摘要
隨著我國經濟的快速發展，生產製造工業不斷進步，海上運輸對我國的對外貿易起著極其重要的作用。迴旋臂式船用吊車作為海上運輸中最常用的運輸工具，它的工作效率將直接決定著我國海上運輸的效率及能力。因此，為其設計安全且高效的控制方法，對於我國經濟保持快速健康的發展，有著十分重要的意義。作為典型的欠驅動系統，迴旋臂式船用吊車具有非線性、強耦合等特性，且工作環境為非慣性系，同時易受各種外界干擾的影響，這均導致船用吊車系統控制難度極大。基於此，本項目進行了如下的研究工作：1、複雜海浪及大風影響下的船用吊車系統動力學建模；2、考慮負載擺動抑制及運送世間最優問題的吊車系統軌跡規劃設計；3、針對海浪等外部干擾抑制問題的滑模魯棒控制方法設計；4、處理系統模型不確定及參數未知問題的自適應控制設計；5、基於自適應等方法的軌跡跟蹤控制器設計；6、針對系統安全性的控制方法設計。 本項目取得了如下的研究成果：1、自主搭建船用迴旋臂吊車實驗樣機，並建立動力學模型，利用MATLAB/Simulink設計對應的軟體仿真平台，可以準確的模擬實際的船用吊車系統特性；2、深入分析系統狀態量的耦合關係，考慮相關約束，設計了三種離線軌跡規劃方法；3、為處理無法避免的外部干擾，利用滑模控制的思想，設計一系列控制策略，對干擾進行有效抑制；4、針對系統模型不確定性及參數不確定性的問題，提出了相關的自適應控制方法，可對包括負載質量在內的相關參數進行有效估計；5、為實現對規劃軌跡的有效跟蹤，提高系統的魯棒性，設計基於自適應等方法的跟蹤控制器；6、為保證系統的絕對安全性，當運送液體負載時，提出一種基於模型預測控制的控制策略，可有效約束負載擺角；此外，應對突發情況，提出了基於模糊的緊急制動策略，可在保證系統制動的同時，有效抑制負載擺動。對所得研究成果，課題組進行了大量的仿真與實驗測試，驗證了相關方法的有效性及良好的性能，有望在工業領域進行推廣與套用。
