基于嵌入式的桥式吊车智能防摇控制系统研究

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桥式起重机作为现代化的运输工具,广泛应用于码头、仓库、工厂等各种生产运输场所。在其运行过程中因其非线性、欠驱动、强耦合等特点,会因惯性、风力、外界碰撞等内外因素产生吊载摆动,这不仅会降低作业效率,还存在着巨大的安全隐患。如何采取科学的控制策略抑制吊载的摆动,提高其安全性与稳定性,是一个非常重要的问题。本文通过分析桥式吊车系统的运行机理和主要因素,通过广义分析力学下的Lagrange方程建立了系统简化数学模型。对模型的非必要因素进行线性简化后,得到了系统的传递函数与状态方程,对系统的特性进行理论分析。在所建模型的基础上,根据桥式吊车的系统特点及控制目标分别设计了吊车防摇系统的PID控制器和模糊控制器,并在Matlab/Simulink根据其控制原理进行仿真,分析这两种算法的控制效果。在对传统PID算法和模糊控制研究和仿真的基础上,设计了改进的吊车防摇系统的模糊自适应PID控制器,并将仿真结果与性能参数与传统PID控制算法和模糊控制算法相对比,发现该控制方案可以提高位移和摆角的响应速度并降低摆角超调量,也可以满足的定位精度的要求。相比传统控制算法,模糊自适PID该控制器可以解决传统控制方法对模型的精确度依赖程度较高的问题,并且有更好的鲁棒性、实时性与准确性。针对传统桥式吊车PLC控制系统结构简单,不利于实现复杂算法的问题,本文设计了基于STM32的嵌入式桥式吊车智能控制系统代替传统PLC控制,在嵌入式控制器中集成控制算法,并设计相应的外围电路满足信息传输与人机交互的需求,提高了系统的集成性、信息传输的可靠性以及算法的实用性。经过现场的实验与测试,设计的基于嵌入式的桥式吊车防摇控制系统可以满足工程现场的控制需求,并且相对传统的控制方法,达到了很好的防摇与定位效果,可以大大提高工场的作业效率以及作业安全性。
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