岸桥的偏斜控制外文翻译资料

岸桥的偏斜控制

摘要

在本文中，对一个集装箱码头的岸桥上的倾斜控制的负荷（集装箱）进行了研究。负载的3维（3D）运动的数学模型首先被推导出来。集装箱吊具是通过4跟绳索悬浮悬浮在空中的。当集装箱由于小车牵引或受到风载的情况，它会产生旋转运动（翻转，倾斜和歪斜）以及产生在垂直平面上的摇摆运动。在这种情况下，即便有防止旋转运动的摇晃装置情况下，集装箱的位置也变得难于精确控制。本文提出了基于所述集装箱的三维动力学偏斜控制输入成型技术。所采用的偏斜控制系统使用四个电动机单独地改变了四个不同的绳的长度。仿真结果表明该系统在控制偏斜运动的情形下十分有效。

关键字：集装箱起重机，控制系统设计，输入整型控制，偏斜运动

1. 介绍

岸桥被广泛应用于集装箱码头的码头进行集装箱装载/卸载。码头起重机包括三个主要部分组成：一个龙门架，一辆小车（s）和一个吊具。龙门（结构）支持的所有设备能在整个码头上移动。小车在机架的上部垂直移动到台架运动沿着吊杆上并把集装箱吊到自动导引车（AGV）或卡车上，反之亦然。吊具抓起一个集装箱（有各类吊具：双二十个，串联四十等），当它被小车4个柔韧的绳索吊起。通过改变绳索的长度，集装箱上下移动。

由吊具抓起负载（集装箱）将有六个自由度：沿X，Y，Z轴三个水平方向和相对于三个轴三个旋转运动（翻转，倾斜和歪斜运动），分别如图1所示. 此外，还有一个摇摆角gamma;在起重绳索和垂直轴之间。负载的摇摆运动在负载从一个地方到另一个地方时受到加速和减速的运输过程中发生。摆动是由负载的惯性引起的，这是不可避免的，但它的角度可以由有经验的起重机操作员或计算机化控制器控制。

许多研究人员已经研究了不同类型的晃动控制。一种改良的输入整形控制方法已被提出，以限制在传送过程中有效载荷的摇摆角度在指定值内，以尽量减少在终点处的残余振动。 [2]Sorensen等开发组合反馈和输入成形控制器实现精确定位以及桥梁和龙门起重机摇摆的减少。 [3] Hong等提出两阶段控制集装箱起重机。第一阶段控制一个对小车快速移动的时间最优控制。第二阶段控制是当把集装箱放到小车位置时摇摆非线性残留快速抑制控制。次要的控制将局部线性比不知道的非线性占尽可能多的比例并且可变量结构的控制比比为建模和干扰占比尽可能多。 [4] Singhose等提出控改变输入的命令产生方法减少的残余振动。[5]寺岛等应用的最佳控制方法来抑制移动的情况下载荷的摇摆以及在旋转起重机绳长不同情况下移动后的残余摆动。 [6] Kim等人设计了一个状态反馈积分控制器来控制一个真正的集装箱起重机。倾角仪代替视觉系统，同时提供几乎相同的性能。 [7] Park等人开发了吊装非线性防摇器起重机。一种新型的反馈线性控制规则同时提供了小车位置的规律，摆动抑制和货物升降的控制。 [8] Liu等人提出了两个X方向和Y方向输送滑动模态模糊控制。根据对系统动态性能的影响，滑动模块表面和两个子系统的斜率之间的会自动实时分别模糊调整。 [9] Lee等人设计了一个基于Lyapunov稳定理论的对于桥式起重机滑动模块防摆轨迹控制方案是采用对负载摆动的阻尼控制，在滑动表面时耦合小车运动与负载摆动。振动控制方法考虑应用于集装箱起重机[10-12]变结构控制方法，也是起重机控制[13]的候选。

另一方面，负载的歪斜，翻转和修整运动由集装箱或错位绳或像风等外界干扰的内部的材料的不均匀分布引起的。这些意外的运动有时大大推迟一AGV或卡车装载的定位。在这三种的旋转运动，倾斜运动被称为是在一个起重机的无人操作最关键的。它发生在左和右绳索的长度是不相等的时候，从而导致在左侧和右侧的容器之间的摆动周期的差。歪斜运动也可以由侧风以及不平衡分布产品的容器中而引起的。近来，抗偏斜装置已经由三菱重工公司，日本开发的，但它的性能是很有限的[14]。

许多研究人员都集中精力在负载的位置控制，假设负载是粒子在三维空间中移动。当然，假定负载由一个绳[15-20]举起。然而，负载的刚体运动不能用单个绳索构想讨论。在现实中，一旦歪斜运动发生时，负荷本身作为刚体可能发生绕垂直轴的震荡，即使负载的质心保持在所期望的位置。因此，把集装箱放到卡车或一个AGV会花较长的时间。因此，歪斜的运动控制对减少循环的时间很重要。

文献中提到两种歪斜控制方法。在[21]直接应用（4个）控制力通过提升绳索的方法使吊具获得所需运动（这种方法将在本文研究）。在[22]的方法，移动小车左手侧或右手侧的滑轮，使得手推车滑轮的歪斜转矩可被传递到吊具。具体地，作者首先描述的集装箱的三维动态行为说明摇摆和倾斜运动，并引入一个偏斜驱动系统，其中一个直流电动机，可以在台车的升降机构的一侧（两根绳子）向前和向后，使得绳索可施加偏航力矩吊具。此外，也讨论了一个简单的控制器来稳定摇摆和倾斜容器的议案。在[23]模糊控制器试图同时控制摇摆和吊具的偏斜运动两者。先进的控制器被证明能有效地控制集装箱受到风影响时的位置和一定的不确定性的情况下的位置。然而，主要缺点是，除了现有的主绳索还需使用四个辅助绳索。

在本文中，在三维空间中，首先分析载荷三个平移运动（X，Y和Z）和三个旋转运动的动力学（偏斜，翻转和歪斜）。然后设计输入修正和速度控制的控制器。该控制器使用四个电动马达来控制和稳定歪斜运动以及垂直运动。

本文安排如下。第2节介绍的小车和吊具的运动配置。第3节介绍的控制系统设计偏斜运动控制。第四部分讨论的模拟结果。第5节给出的结论。

1. 运动学：小车和吊具

对负载的动力学的数学模型三个坐标进行介绍。第一个是一个将起重机主体结构框架作为全局参考（如果以地面为全局参考，必须考虑在地面和主体结构之间的已知的转化），第二个是附加了局部坐标系到小车（即，小车框架，简单来说就是T框架），最后是一个吊具的几何中心（即，吊具框架，S结构）。由于全局参考结构和架空结构之间的关系可以从小车的运动计划来确定的，T结构和S结构之间的关系将在本文提到。图2描绘的小车和吊具的结构。让O型XYZ表示T-结构;的Ti，I = 1，...，4，表示小车和PTI的四个滑轮的位置，I = 1，...，4，从T结构与Ti，其中下标表示的原点表示位置矢量“小车”。让o-XYZ表示S-结构;的Si，I = 1，...，4，表示四个滑轮的位置在吊具，psi，I = 1，...，4，表示从S结构到Si的原点的位置的向量，其中，下标S表示“吊具”; UI，I = 1，...，4，分别表示选自Si与Ti的单位向量。因为所有的矢量可以在T-结构或在S-结构被写入，左手侧标T或S将被用于特异性识别坐标是用于T-结构：例如，^Tui表示在该单位矢量T结构。此外，小车和吊具的尺寸由axtimes;ay [m]和bxtimes;by [m]分别限定。

让phi;，theta;，和psi;是表示T框架内吊具翻滚（倾斜），俯仰（翻转），偏航（歪斜）运动的角度。然后，从S-结构变换T结构，TRS坐标变换矩阵，定义如下

表示在T结构中的绳索的伸长的矢量可以被写为

其中di是由T_i的距离向量S_i和P_SI如下给出。

p是从0到O的向量

图2 小车，吊具和电缆的坐标

同样，P_SI是从0到S_i的位置向量。

因此，沿在T结构的单位矢量可以被表示为

其中表示欧几里得范式。因此，沿绳索的力由下式给出

其中，K_S是刚度，K_D是阻尼系数，εi是依赖于L_i的延伸 绳索在卸载长度计算为

其中，L_i= L0_i Delta;Li，I = 1，...，4， L_0I和Delta;L_I分别代表绳的长度和控制输入端。因此，作用在吊具上的合力是沿四个绳索，^TF_I四种力的总和，与重力m^Tg在一起。因此，在吊具重心的加速度矢量变为

现在，吊具质心速度和位移，^Tv和^Tp，可以通过（9）积分计算。

另一方面，吊具在T结构上的结果可以如下获得

其中，times;表示跨产品的操作。变换（10）插入到S结构之后。在S-结构，吊具的旋转运动可如下表示[24，p. 166]。

其中，Somega; = [ omega; x omega;y omega; z]′是吊具的绝对角速度，^Somega;是角速度的变化率，和S_I是惯性矩阵，分别在S结构。由于S-结构被固定到吊具的惯性轴，惯性矩阵的由下式给出

现在(11)能被写成另一个不同的等式。

注意，在S结构的吊具的绝对角速度，S_omega;，可以通过求解差分方程（13）获得。一旦获得在S结构的吊具的绝对角速度，即在T-结构（即，(i.e., ^TTheta; [phi; theta; psi; ]′)）可以如下计算[24]。

其中，^TTheta;=[phi;，theta;，psi;]“是在T结构的吊具的旋转角度的变化率。式（14）可以被改写为

现在，吊具的翻转角，俯仰角和偏航角（phi;，theta;，和psi;）可以通过积分（15）中找到。

其中A_i是第i个脉冲的幅度和t_i为他们的作用（时间位置 - 以秒计）的时间中，n_omega;是固有频率和zeta;是残余振动的阻尼比。

4测量及仿真结果

4.1固有频率测量

为了证明模型的有效性，测试是在Gwangyang集装箱码头端口执行。摄像机被用来记录在测试过程中吊具的振动。对视频文件进行分析，以获得有和没有集装箱以及在不同的高度的情况下集装箱吊具的自然频率（不同绳的长度）。结果示于图表1。

4.2建模

图表7显示了模拟结果 - 吊具的固有频率 - 当负载从20吨（空）变到60吨（满载），系统参数显示在表二。可以得到的结论是，数学模型可以完整地描述吊具的动力学情况（误差小于6％）。

4.3控制

输入修整控制器被用来抑制负载的残留偏移的振动。然而，由于绳索长度的变化的和集装箱质量的原因，输入成形控制器选用固定参数不适。因此，输入成形控制器的参数是预定的。所述ZVD整形器的脉冲的幅度可以是固定的参数，[A1 A2 A3] = [0.25 0.50.25]。当绳索长度和容器的质量变化时，ZVD整形器的脉冲的位置随时间变化，如表3所示。控制器从表中获得的控制参数。

图表1:吊具在固定长度的自然频率（在Gwangyang集装箱码头有和没有集装箱的情况下），风速：10m/s。

表表2:系统参数.

图表5:歪斜控制图表.

图表6:位置控制图表.

图表七:在不同情况和绳长情况下歪斜的自然频率

图表三.输入整形参数

图表八 歪斜控制的系统响应

图表八显示了绳子的长的是27m，有效载荷质量为42吨（含集装箱和吊具的质量）的情况下的歪斜运动的响应。当吊具移动到目标位置的时候，偏斜运动的振动收敛到0同时输入整形控制器开始工作。

5.结论

一种新型的偏斜运动控制系统被开发出来了并应用到了集装箱起重机上面。偏斜运动控制已经在系统验证测试中取得令人满意的结果。我们计划继续提高它的性能以及通过累加他在真实卡车上工作操作的应用来提高偏斜控制系统的性能。此外，集装箱起重机的确切参数应计算来得出，并由此来定义控制器参数。从而，提高偏斜控制器的性能。

致谢

这项工作是由韩国科学技术高等教育科学部资助的移动式码头工程。

高速岸桥的动态响应

概述

动态响应是岸桥非常重要的特性。集装箱运输在世界范围内深深改变国际贸易和经济的风格。岸桥可显著增加卸载集装箱船的工作效率。本文的重点是岸桥（或QC的简称）的动态响应。我们的目标是要弄清楚QC真正的动态响应。我们通过虚拟样机技术有效地计算动态响应[1]。QC由软件ADAMS建模和仿真，结果由实验验证。它可以提供一个减小QC[2]的动态响应的方向。

关键字：动态响应，岸桥，高速小车，虚拟样机

1.介绍

岸桥是最重要的码头上集装箱运输最重要的机械。QC速度越来越高，在负荷越来越重，QC的动态响应是越来越明显，而它的效应是不能忽略不计的[3]。它将对QC的性能和寿命的结构有影响。本文介绍的是，并在必要时命名，在一个和论文中剩下部分一样大小的盒子里。该段从这里继续，并且只有标题，副标题，图片和公式。本节的标题是由数字，粗体和10pt。这里遵循作者进一步的说明。

1.1研究背景

有在国内外有许多关于起重机动态特性的影响的研究。在他们的研究成果中，他们大多是更加注重对局部结构单一机制的

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