风力桥式起重机扰动下混合控制方案的实验研究

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：在风力的模型值处，实验得到的残余振幅并没有被抑制为零。从整个负载长度的变化范围来说，与无控制作用时相比，在复合控制器的作用下，平均高达35.4%的瞬态振幅及65.2%的残余振幅分别被有效消除掉了。图3.28负载长度对振幅的影响从实验结果可以看出，给出的风扰动下带分布质量负载的桥式起重机动力学模型是正确的，并且提出的扰动下柔性机械系统的混合控制方案是有效的。

为了通过实验来验证混合控制方案的有效性及鲁棒性，同时验证给出的风扰动下带分布质量负载的桥式起重机动力学模型的正确性，根据仿真模拟结果，以下选择了不同风力大小和不同负载长度两组条件来进行实验验证。

第一组实验通过对不同风力大小下，吊车系统的负载瞬态振幅及残余振幅的分析，验证了带分布质量负载的吊车系统动力学模型的正确性，以及振动复合控制方案的有效性和鲁棒性。通过调整风扇与分布质量负载之间的水平距离，来改变作用在负载上的风力大小。水平距离分别设定为0.5 m、0.6 m、0.7 m、0.8 m和0.9 m，作用于负载上的风力大小及负载的平衡位置随着该距离的增大而减小。经过统计分析得出，与上述不同距离对应的负载平衡位置分别为10.23 cm、9.80 cm、9.33 cm、8.80 cm和8.16 cm。再根据分布质量负载的平衡位置方程可以得出，与不同水平距离相应的风力大小分别为0.145 N、0.139 N、0.132 N、0.125 N 和0.116 N。在这组实验中，第一级悬索长度、第二级吊索长度、负载长度及质量分别设定为0.8 m、0.5 m、0.4 m 和0.182 kg，预定操作任务设定为驱动小车运动0.8 m；控制器中风力大小的模型值设定为0.132 N。

图3.27给出了在外界不同的风力作用下，负载的瞬态振幅及残余振幅在有、无控制时的变化规律，实验结果与仿真曲线的变化趋势非常贴近。在没有控制器作用时，瞬态振幅和残余振幅均随着风力的增加而增大。在混合控制方案的作用下，瞬态振幅和残余振幅均有显著的削减。在风力的模型值处，实验得到的残余振幅并没有被抑制为零。这是由于在仿真过程中，扰动抑制命令的初始时间点完全准确；而在实际的实验验证过程中，该时间点存在估计误差，对扰动抑制命令的初始时间点估计误差使得实验中的控制效果变差。尽管如此，该复合控制方案对每个风力点的振动控制还是有效的，在混合控制器的作用下，五个实验点上的瞬态振幅、残余振幅的平均消除量分别达到了29.9%和66.3%。

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图3.27　风扰动对振幅的影响

第二组实验通过分析在不同的负载长度下，系统的瞬态振幅及残余振幅分别在有、无控制作用时的变化规律，验证了系统动力学模型的正确性，以及复合控制方案的有效性、鲁棒性。在这组实验中，控制器中的负载长度及质量模型值设定为0.4 m 和0.182 kg，负载长度实际变化范围从0.3 m 到0.5 m，负载的质量与长度呈线性变化关系。同时，预定操作任务的驱动距离、第一级悬索长度、第二级吊索长度及外界连续风力大小分别设定为0.8 m、0.8 m、0.5 m和0.132 N。

图3.28给出了在外界持续风扰动下，系统的瞬态振幅及残余振幅分别在有、无控制作用时随负载长度变化的规律。与仿真曲线的变化趋势一样，在没有控制作用时，瞬态振幅及残余振幅均随着负载长度的增加而减小；在应用复合控制方案后，瞬态振幅及残余振幅都被抑制在一个比较小的范围内。在负载长度的模型点处，由于对扰动抑制命令的作用时间点及风力大小的估计误差，残余振幅并没有被完全消除。从整个负载长度的变化范围来说，与无控制作用时相比，在复合控制器的作用下，平均高达35.4%的瞬态振幅及65.2%的残余振幅分别被有效消除掉了。

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图3.28　负载长度对振幅的影响

从实验结果可以看出，给出的风扰动下带分布质量负载的桥式起重机动力学模型是正确的，并且提出的扰动下柔性机械系统的混合控制方案是有效的。同时，在系统参数发生变化时，该混合控制方案仍然可以有效地把系统瞬态振幅及残余振幅控制在一个较小的范围内。

风力桥式起重机扰动下混合控制方案的实验研究

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