Návrh řízení portálového jeřábu s potlačením kyvů břemene

Abstract

Používání jeřábů v oblastech logistiky je dnes častým řešením přemisťování těžkých nákladů. Značnou nevýhodou jejich používání je přirozený kyv břemene, ke kterému při pohybu dochází. To mimo jiné prodlužuje časovou náročnost procesu či zvyšuje rizika nebezpečí. Tomu lze předejít navrhnutím vhodného řídicího systému. Tato diplomová práce je zaměřena na řízení portálového jeřábu. Cílem bylo navrhnout nelineární model soustavy včetně identifikace jeho parametrů, tento model pak následně linearizovat a navrhnout řízení jeřábu tak, aby docházelo k potlačení kyvů břemene. Nelineární model byl navrhnut pomocí Lagrangeových rovnic druhého druhu. Jeho linearizace probíhala s použitím stavového popisu. Při návrhu řízení byl aplikován PID regulátor pro regulaci polohy jeřábové kočky a kolejnice v kombinaci s tvarovači vstupního signálu (tzv. Input shaper) ZV a DZV. Tvarovače byly aplikovány dvěma způsoby - jako filtr referenčního signálu či jako inverzní tvarovače. Naměřené průběhy byly vyhodnoceny pomocí integrálního kritéria ISE, času ustálení a maximálního výkyvu břemene. V závěru se nachází srovnání použitých metod s jejichž pomocí došlo k eliminaci kyvu břemene dle kritéria ISE až o 96,91% oproti zapojení bez tvarovače signálu.

The use of cranes in logistics is nowadays a common way of transfering heavy loads. A significant disadvantage of their use is the natural sway, which occur when it’s moving. This, among other things, extends the time required for the process or increases the risks of danger. This can be determined by designing a suitable control system. This diploma thesis is focused on the control of a gantry crane. The aim was to design a nonlinear model of the system, including the identification of its parameters, then linearize this model and design the control of crane so that the load oscillations are being suppressed. The nonlinear model was designed using Lagrange equations. Its linearization is made using a state space theory. During the design of the control, a PID controller was applied for the controlling the positions of the crane trolley and crane rail applied in combination with the input signal shapers ZV and DZV. The shapers were applied in two ways - as a reference signal filter or as inverse shapers. The measurements were evaluated using ISE time integral performance criteria, settling time and maximum angle load swing. In the end of this thesis is a comparison of the used methods that helped to eliminate load sway by up to 96,91% according to ISE time integral performance criteria compared to the control without a signal shaper.