塔机工作机构调速控制方法的实验研究

论文摘要

随着当代工程建设需要以及机械化的发展,塔式起重机是港口、建筑工地等施工项目中重要的不可缺少的工程机械,而且对其安全性、平稳性和高效性都有很高的要求。但是由塔机的工作性质可知,其需要频繁的启动制动,特别是在重载的起升和变幅过程中,必然带来冲击和震荡作用,这样不仅给塔机整体部件带来结构损坏,而且会存在安全隐患因素,造成生产事故;同时,传统的调速控制方式在载重变幅时,需要反复多次来回运动才能准确就位,更增加了塔机的冲击与震荡,带来更大的潜在危害。所以传统的调速控制方法不再满足现代工程建设的条件,很难获得较好的控制性能。本文充分考虑上述因素,在塔机机械结构部分已经确定的情况下,从其工作后动力学特性和控制系统的设计角度去研究,设计塔机调速控制系统,通过对与动力学特性相结合的控制方法上的设计,去提高塔机工作机构的工作性能。首先,通过对塔机小车变幅机构和起升机构的动力学分析,分别建立其动力学数学模型,找到相关影响塔机振动、冲击以及变幅难以定位的运动学参量与控制量之间的关系;然后再把动力学的数学模型转换成相应的传递函数,融入到整个变频调速控制系统中去,从而能够建立塔机变频调速闭环的控制系统。最后,应用Matlab软件中Simulink模块,分别设计增量式PID控制和BP神经网络PID控制的方法,通过系统仿真,进行了塔机调速控制性能的对比分析。搭建变频调速起升和变幅系统的实验平台,进行了塔机变频调速控制实验。分析实验所需的各个模块,建立了以PC机为控制中心,通过232/485转换模块与变频器串行通信,发送数字控制量,再以PCI-8000系列数据采集卡和传感器作为反馈的闭环变频调速控制系统;同时,通过PC控制器设计变频控制算法,分别进行了常规PID和神经网络PID的控制实验,得出神经网络变频调速控制系统更有利于提高塔机工作性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 塔机调速控制方法的国内外研究现状
• 1.2.2 塔机变频调速控制系统的特点
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 塔机工作机构调速系统建模
• 2.1 塔机变幅机构动力学分析
• 2.1.1 变幅机构平面运动的动力学分析
• 2.1.2 变幅机构物理模型的验证处理
• 2.2 塔机起升机构的动力学分析
• 2.2.1 起升机构动力学分析
• 2.2.2 起升机构数学模型的验证处理
• 2.3 塔机调速系统建模
• 2.3.1 塔机起升系统建模
• 2.3.2 塔机变幅系统建模
• 2.4 本章小结
• 第3章 塔机工作机构调速系统仿真分析
• 3.1 塔式起重机原系统仿真
• 3.1.1 起升系统仿真分析
• 3.1.2 变幅系统仿真分析
• 3.2 塔式起重机工作机构PID 控制仿真
• 3.2.1 起升系统PID 控制系统仿真分析
• 3.2.2 变幅系统PID 控制系统仿真分析
• 3.3 塔式起重机工作机构神经网络PID 控制
• 3.3.1 BP 神经网络PID 控制系统原理
• 3.3.2 起升系统神经网络PID 控制仿真
• 3.3.3 变幅系统神经网络PID 控制仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 塔机工作机构的调速系统实验
• 4.1 塔机机构调速系统实验方案概述
• 4.1.1 塔机整体控制调速方案的确定
• 4.1.2 基于VC 的塔机控制系统实验
• 4.2 调速系统硬件条件分析
• 4.2.1 基于 PCI8000 系列的数据采集系统
• 4.2.2 起升和变幅系统反馈模块设计及调试
• 4.2.3 变频器的选型及其参数设置
• 4.2.4 塔机通信控制转换模块设计
• 4.3 调速系统软件结构分析
• 4.3.1 塔机通信模块软件实现
• 4.3.2 塔机采集模块软件实现
• 4.3.3 塔机控制软件结构设计
• 4.4 实验过程及实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢