摘 要

四连杆式门座式起重机在变幅过程中存在着变幅速度不稳定、变幅调速自动化程度低等缺点。本文通过分析四连杆式变幅机构的变幅特点，指明了现有方案存在的不足，提出了一种利用变幅机构形位信息的反馈进行变幅速度调节的优化调速方案。利用速度瞬心法对变幅机构进行了速度分析，并将电机转速与变幅速度关系求解的过程编制成matlab程序及VB程序。建立了简化的变频调速数学模型以及优化调速方案的控制模型，利用仿真实验述明了该方案的实现思路及应用效果，得出了优化调速方案能够实现对变幅速度更加稳定可靠地进行调控的结论。

关键词：四连杆式变幅机构；变幅调速优化；变频调速控制

Abstract

There are several shortcomings including luffing speed instability and low degree of automation in the luffing process of the four-link type portal crane. By analyzing the luffing speed characteristics of the four-link type luffing mechanism, this paper points out some shortcomings of the existing scheme, and puts forward an optimized speed control scheme using the feedback of the shape information of the luffing mechanism. The velocity analysis of the luffing mechanism is carried out by the method of instantaneous center of velocity, and the process of analyzing the relationship between the motor speed and the luffing speed is programmed into a matlab program and a VB program. The simplified mathematical model of variable frequency speed control system and the control model of luffing speed control scheme are established. The simulation experiment is used to illustrate the realization idea and application effect of the scheme. It can be concluded that the optimized luffing speed control scheme can achieve a more stable and reliable luffing process.

Keywords: Four-link-type luffing mechanism; Luffing speed optimization; Variable-frequency speed control

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 本文主要研究内容 1

第二章 变幅调速系统分析 3

2.1四连杆式变幅机构运行特点 3

2.2变幅调速现有控制方案分析 4

2.3优化调速方案的设计 7

第三章 关系求解与程序编制 9

3.1速度瞬心法及变幅机构的速度关系分析 9

3.1.1速度瞬心法 9

3.1.2变幅机构的速度关系分析 9

3.2变幅机构形位信息计算 11

3.2.1参照量确定 11

3.2.2形位信息计算 12

3.3 Matlab程序编制 15

3.4 VB程序编制 18

第四章 模型建立及仿真验证 21

4.1 动力及传动装置简化模型建立 21

4.2 变幅调速方案模型建立 24

4.3 调速仿真与结果分析 27

4.4 环境影响及经济性分析 30

结论 31

参考文献 32

致谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景

改革开放以来，我国的进出口行业取得了长足的进步，成为了我国经济高速增长的一个重要的动力来源^[1]。工业化大规模生产以及不断提高的消费需求拉动了大量的物资流通，现国家又提出了“一带一路”这项具有深远影响的倡议，得到了世界范围内的广泛响应。势必会对国内乃至国外的经济增长带来源源不断的动力，国内外物流行业也一定会迎来一场新的发展高峰，这些都将极大促进港口行业的发展，同时也对港口行业提出了新的要求^[2]。在对港口装备的需求量不断增长的同时，港口装卸设备的性能要求也在不断提高。港口设备的大型化、高速化、自动化发展势在必行。

在众多的港口装卸大型设备中，门座式起重机一直扮演着一个重要的角色，它广泛应用于港口装卸、大型设备制造等一线生产线。门座式起重机具有很多重要的特点，比如拥有较高的作业能力，较强的机动性，通用强等，这使得门座式起重机得以广泛应用于各港口的装卸^[3]。但其仍存在一些缺点，比如在特定用途方面效率比不上其他设备，无法连续高速运行，自动化程度低，对操作技术要求较高等。因此，近年来对提高门座式起重机的运行效率、提高其自动化程度的研究也在不断增多。

对于门座式起重机而言，其工作效率主要与以下几大机构的运行效率有关：改变货物垂直方向位置的起升机构，改变货物水平位置的变幅机构及旋转机构。其中起升与旋转机构已经实现基本的自动化控制，但变幅机构因其非线性因素较多、传动结构复杂、负载情况多变等一直难以实现自动化控制。

本文针对变幅机构的变幅调速问题，提出了一种包含形位信息反馈的变幅速度调控方案，可以使变幅过程更加稳定，减少对高水平操作技术的依赖，并能实现变幅过程一定程度的自动化，对于提高门座式起重机的工作效率具有重要意义。

1.2 本文主要研究内容

本文主要对门座式起重机的变幅机构的机构特征及现有的控制方案进行分析，提出了一种利用四连杆式变幅机构的形位信息的反馈进行变幅速度调节的控制方案，并对该方案进行了基本的仿真验证。主要研究内容包含以下几个方面：

介绍四连杆式变幅机构，分析现有的控制方案，并对仍存在的问题进行分析，提出问题的解决方案，再对解决方案进行可行性论证及原理性验证。

分析四连杆式变幅机构的运动特性，并利用速度瞬心法求得电机转速与变幅速度的关系。在matlab中编写程序进行初步的求解，并将关系求解过程编制成VB程序，为该解决方案提供了一种通用化方法。

对变幅机构进行简化，并在simulink中建立简化后的模型，建立优化后的变幅调速控制方案并进行仿真验证，对仿真的结果进行分析。