Сборник статей

Каталог публикаций Интернет-изданий

переводы публикаций из социальной сети для учёных ResearchGate и из других открытых источников Интернета

Мехатронные системы управления башенным краном


Кран может быть описан как подъемное устройство, которое поднимает объекты в вертикальном или горизонтальном положениях в пределах определенного пространства. Краны часто используются в строительстве, машиностроении, металлургической промышленности, торговле, на нефтяных платформах, на нефтеперерабатывающих заводах и атомных электростанциях и т.д. Разработка проекта производства работ кранами регламентируется правила безопасной эксплуатации специализированного грузоподъемного кранового оборудования.  Краны можно разделить на статические краны (включая башенные краны, разгрузочные и телескопические краны) и мобильные краны (в том числе авто краны, ленточные краны, железнодорожные краны, портальные краны и судовые краны). В общем, конструкция крана имеет опорную часть, несколько шкивов, стрелу и противовесы.

Управление краном - это очень сложная задача, которая позволяет решить множество проблем. Наиболее важной задачей является обеспечение того, чтобы желаемое заданное значение объекта достигалось с требуемой точностью. По этой причине контроль важен для минимизации затрат, повышения эффективности работы, а также минимизации риска повреждения соседних объектов. Серьезной проблемой являются колебания полезной нагрузки, которые могут возникать в результате погодных условий или неправильного распределения веса перевозимого объекта, но в основном они связаны с линией подъема полезной нагрузки и могут передаваться на конструкцию крана и ухудшать его устойчивость. Колебания полезной нагрузки могут быть значительно уменьшены с помощью контроллеров формирования входов в сочетании с контроллерами частичного разряда [1].

В статье "Экспериментальное моделирование и управление башенным краном в частотной области" (Čápková Romana, Kozáková Alena, Minár Martin, 2019)  рассматриваются вышеупомянутые проблемы для лабораторной модели башенного крана (TCR) компании INTECO, которая является лидером в разработке и производстве мехатронных систем для проектирования и реализации управления в реальном времени. Лабораторный завод TCR популярен среди исследователей в области управления для мехатроники. Его моделирование и управление включают в себя следующие подсистемы: движение тележки вдоль стрелы, угловое смещение стрелы, вертикальное смещение полезной нагрузки и демпфирование колебаний полезной нагрузки [2]. В частности, статья посвящена динамической идентификации модели и конструкции контроллера положения тележки вдоль стрелы, а также гашению колебаний полезной нагрузки также вдоль стрелы. Как только эти проблемы решены, их решение может быть обобщено для углового смещения. Анализ частотной области на основе диаграмм Боде и Николса описывает частотные свойства модели с разработанным компенсатором для демпфирования колебаний. Подход частотной характеристики подходит для такого рода проблем и обеспечивает хорошие результаты без необходимости предварительной обработки измеренных данных [3, 4] также в условиях неопределенности в модели станции. Хотя существуют более эффективные передовые методы демпфирования вибраций [5], проектирование частотной характеристики часто является наиболее экономически эффективным методом проектирования и наиболее эффективным для стабильных систем с обратной связью.

Выводы

В статье был представлен проект контроллера для лабораторного башенного крана. Для движения тележки вдоль стрелы и связанных с ней колебаний были разработаны ПИ-регулятор и ПИД-компенсатор соответственно. В обоих случаях характеристики с обратной связью были проанализированы в частотной области с использованием диаграмм Боде. Разработка контроллера для демпфирования колебаний является очень специфической и нетривиальной задачей, которую лучше всего решить в частотной области. Будущие исследования будут сосредоточены на гашении колебаний в обоих (x-y) направлениях, вызванных как движением тележки вдоль стрелы, так и вращением стрелы для различных длин линии подъема полезной нагрузки.

Использованные источники

[1] Singhose W. et al. “Applications and educational uses of crane oscillation control”, FME Transactions 34, pp. 175 –183, 2006.

[2] Tower Crane – User´s manual. ver. 9.6, INTECO, Ltd., [online] Available at: a- lab.ee/man/Towercrane-user-manual.pdf [Accessed: 7.2.2013]

[3] Úradníček J., Musil M., Bachratý M. “Frequency response function measurement on simplified disc brake model”, Strojnícky časopis – Journal of Mechanical Engineering 68 (3), pp. 225 – 230, 2018. DOI: 10.2478/scjme-2018-0036

[4]   Minár, M., Čápková R., Kozáková A., Goga V. “Experimental modelling and control of a tower crane using Nichols chart” In: Applied mechanics, Ostrava, Czech Republic, 2019, pp. 135 – 140. ISBN 978-80-248-4287-5

[5] Benrahmoune M., Hafaifa A., Guemana M., Chen X. “Detection and Modeling Vibrational Behavior of a Gas Turbine Based on Dynamic Neural Networks Approach”, Strojnícky časopis – Journal of Mechanical Engineering 68 (3), 143 – 166, 2018. DOI: 10.2478/scjme-2018-0032

[6] Šulc B., Vítečková M. “Teorie a praxe návrhu regulačních obvodů”, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2004. ISBN 80-01-03007-5

[7]     Chen W., Ballance D. J. “Stability Analysis on the Nichols Chart and its Application in QFT”, Glasgow, August 1997. [online] Available at: citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.35.1879

[8] Garcia-Sanz V. M. “Robust Control Engineering: Practical QFT Solutions”, Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2017. ISBN 978-1-138-03207-1


Experimental modelling and control of a tower crane in the frequency domain
Čápková Romana, Kozáková Alena, Minár Martin

Авторизация
Забыли свой пароль?