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摘 要

这些年来，伴随社会生产水平的提高，桥式起重机作为载运工具在社会生产中被广泛运用于海港、堆栈与很多工程建设中，并且起到非常重要的物流运输作业。但相对的跟钩难度增加了，跟钩难度之所以会增加，有以下几点原因：货物的体积越来越大，科技水平不断提高，起重机的伸长距离和钢丝长度增长，车辆运动速率加快，因此，大量时间浪费于消除吊重摆动和实现精准定位上，这些不利条件不但增加了生产成本，并且容易导致安全事故的发生。于是，为了能够实现桥式起重机的安全可靠运转，并使生产效率增加，必须做到对起重机吊重摆动的有效抑制。

本文建立桥式起重机的非线性模型的工具是拉格朗日方程，在此基础上选取传统PID控制方法对起重机的吊重摆动机理进行探讨，经由仿真研究，得知PID控制具有一定的局限性。因此在模糊控制理论基础上，提出了位移速度跟踪模糊控制方法，仿真结果表明，模糊控制器既能使吊重的摆动得到显著地抑制，也能完成小车的确切定位，有显著的控制能力。

关键词： 桥式起重机 防摆 模糊控制

Abstract

In recent years, with the improvement of productivity, bridge cranes have been widely used as porters in social production in seaports, warehouses and many large-scale projects, and have played an important role in logistics transportation. However, due to the large scale of the cargo and the advancement of science and technology, the extension of the overhead crane and the length, etc., lead to an increase in the difficulty of the hook operation, and the time spent in eliminating the swing of the hoist and precise positioning is increased. As more and more, these factors not only increase production costs, but also easily lead to safety accidents. Therefore, in order to make the bridge crane safe and reliable operation, and increase production efficiency, it is very necessary to effectively suppress the hoisting swing of the crane.

In this paper, the nonlinear mathematical model of bridge crane is established by using Lagrangian equation. On this basis, the crane sway swing mechanism is studied by using conventional PID control method. After simulation research, it is known that PID control has certain limitations. Therefore, on the basis of fuzzy control theory, a fuzzy control method of "displacement speed tracking" is proposed. The simulation results show that the fuzzy controller can effectively suppress the swing of the hoisting, and can also achieve the accurate positioning of the car, and has a good control effect.

Key Words：bridge cranes；Anti-sway；Fuzzy control

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪 论 1

1.1 课题的研究背景 1

1.2 起重机消摆研究 1

1.2.1 国外研制的成果 1

1.2.2 国内研制的成果 2

1.3 课题的研究意义 2

第二章 桥式起重机动力学建模 4

2.1 动力学模型 4

2.1.1 建立模型所用的方法 4

2.1.2 模型的简化 5

2.2 起重机二维模型 6

2.2.1 基于拉格朗日方程的动力学建模 6

2.2.2 非线性模型的建立 8

第三章 桥式起重机系统仿真 11

3.1 桥式起重机系统的仿真模型 11

3.1.1 “速度作为输入”的仿真系统 11

3.1.2 “力作为输入”的仿真系统 12

3.2 摆角的影响因素分析 13

3.2.1 绳长对摆角的影响 13

3.2.1 速度对摆角的影响 14

第四章 起重机传统PID控制 16

4.1 PID介绍 16

4.2 桥式起重机PID防摆控制系统的设计与仿真 17

第五章 起重机模糊防摆控制器设计 21

5.1 模糊控制理论 21

5.1.1 模糊逻辑 21

5.1.2 模糊语言 21

5.1.3 模糊推理 22

5.1.4 隶属函数的确定 22

5.2 模糊防摆控制器 23

5.2.1 起重机防摆的人工经验 23

5.2.2 模糊控制器 24

5.2.3 输入输出变量及隶属函数 25

5.2.4 模糊控制规则 26

5.2.5 模糊推理和反模糊化 27

5.3 模糊防摆控制器仿真 29

5.3.1 起重机理想曲线 29

5.3.2 理想速度曲线的开环控制研究 29

5.3.3 模糊控制器仿真 31

结语与展望 34

参 考 文 献 35

致 谢 37

第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

桥式起重机作为吊载物料的起重设备，它位于生产车间、堆栈和口岸上空。它一般也被叫做“行车”，因为它两端靠巨大的金属支架支撑，形状像座桥，。两边高架上的轨道上设备桥式起重机的桥架，于是能够充分利用桥架下面的空间搬运材料，地上设备不会干扰其工作。因而它作为重机械设备，被广泛地运用。

桥式起重机是由以下结构组成，即大车、小车、桥架、起升装置、驾驶操作室和电气部分等，桥架在大车控制下设置在两边高架上的轨道，而小车架设置在大车车架上的轨道^[1]。

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