Návrh řízení věžového jeřábu s potlačením kyvů břemene

Abstract

Tématem této diplomové práce je odvození matematického modelu a návrh řídicího systému pro silně nelineární MIMO (multiple-input multiple-output) systém se čtyřmi stupni volnosti - věžový jeřáb. V úvodu práce je provedena rešerše metod řízení manipulační techniky s důrazem na tlumení kyvů zavěšeného břemene. Matematický model je odvozen z kinematického popisu soustavy a vypočten pomocí Lagrangeových rovnic druhého druhu. Hlavním tématem práce je řízení jeřábu s důrazem na potlačení kyvů břemene, otestována je efektivita jak zpětnovazební PD regulace, tak tvarovačů vstupního signálu ZV, ZVD, ZVDD a EI. Regulační obvod je doplněn o PID regulátory polohy břemene. Práce se zabývá také potlačením vnějších vlivů, dále je zkoumána citlivost tvarovačů signálu na změny parametrů soustavy. Všechny metody jsou testovány na laboratorním modelu věžového jeřábu od firmy INTECO. V závěru práce je provedeno zhodnocení a kvantitativní porovnání použitých metod.

The main objective of this diploma thesis is to derive a mathematical model and to design and implement a control system for a tower crane - a 4 DOF (Degrees of Freedom) MIMO (multiple-input multiple-output) system with highly nonlinear behavior. In the beginning, control methods of handling equipment are researched with emphasis on the suppression of load oscillations. The nonlinear model is derived using transformation matrices and the Lagrangian approach. In order to use linear control methods, the model was linearized at a given point. As the main topic of the thesis is the suppression of load oscillations, the effectiveness of both feedback control (PD contoller) and input shapers (ZV, ZVD, ZVDD and EI) is examined. These anti-swing control methods are combined with load position feedback control using PID controllers. Elimination of external disturbances and the sensitivity of signal shapers to changes in system parameters were also examined. All mentioned control methods were tested on a tower crane laboratory model from INTECO. As a result of this work, an evaluation and quantitative comparison of the methods used is presented.