基于模糊控制的桥式起重机防摆研究开题报告
论文（设计）题目 基于模糊控制的桥式起重机防摆研究
一、选题依据及意义（不少于300字）
在科学技术飞速发展的今天，桥式起重机在现实生产中扮演越来越重要的角色。桥式起重机作为一种现代搬运机械，以其方便快捷、省时省工、占地面积小、结构简单、载重量大等优点，广泛应用于现代化仓库，港口装卸等国民生产的各个领域。随着生产规模的扩大，桥式起重机的起升高度、起升速度、伸距、额定起重量、行走速度等各项性能参数都在大幅度提高。这就引起了在起重机在运行过程中摆动程度的加剧，可能导致货物装卸所需的时间越来越长，一不小心就可能造成货物碰撞、设备损坏甚至人员伤亡。吊具的摇摆问题，一直是令起重行业设计和调试人员头痛的一个问题。起重机在装卸货物时，由于其速度的变化以及外界干扰因素的影响，使吊具前后、左右的来回摆动，在影响生产效率的同时造成一定的安全隐患，最终造成严重的经济损失。由此起重机的吊重摆动和定位困难问题也突显出来。
因此，针对桥式起重机防摆定位的研究，对提高起重机工作效率、缩短工业产品的生产周期、减少装卸作业安全生产隐患具有重要意义。
二、研究目标与主要内容（含论文(设计)提纲，不少于500字） [资料来源：http://doc163.com]
随着技术的发展、生产规模的扩大会越来越多的使用到桥式起重机，桥式起重机的地位也越来越重要，相应的，企业对于桥式起重机的各项要求尤其是定位防摆的要求也越来越高。由于起重机系统的数学模型具有非线性特性和不确定性，常规的控制方法（如传统的机械防摇技术）往往难以奏效，因此只有不依赖数学模型且能适应不确定性的智能控制方法才适合应用到这类控制中来。
本课题的研究目标是基于模糊控制机理，提出基于模糊控制的桥式起重机的防摆研究。在对桥式起重机防摆的研究现状与发展趋势进行分析和归纳的基础上，以桥式起重机智能防摆系统为研究对象，对桥式起重机智能防摆系统的控制方法进行了研究。首先，在对桥式起重机系统有一定程度的了解下，对起重机进行数学建模，然后根据传统的控制方法，分别采用状态反馈控制、LQR最优控制和PID控制器对桥式起重机吊重防摆系统进行了仿真研究，最后基于模糊控制机理，学习了模糊自适应 PID 控制算法，设计桥式起重机模糊自适应 PID 控制器，并与 前面的传统控制方案进行了比较，通过仿真结果表明模糊机理防摆控制的优越处。
主要内容：
（1）搜集资料，了解桥式起重机的发展趋势；
（2）了解桥式起重机防摆技术；
（3）桥式起重机控制模型的建立及分析； [资料来源：Doc163.com]
（4）桥式起重机非线性系统分析；
（5）传统控制方案介绍，如状态反馈、PID控制、LQR最优控制；
（6）基于模糊自适应 PID 的防摆控制器设计；
（7）桥式起重机防摆控制系统的设计；
（8）进行实验结果的分析与对比；
（9）论文的写作。
三、研究方法和手段
研究方法：文献阅读法，资料查找法，软件仿真分析法。
研究手段：
1.去图书馆借阅模糊控制相关的书籍，利用计算机在百度文库、中国知网，下载模糊控制防摆研究方面的文章报告。
2.对搜集到的知识做进一步的梳理和筛选，整合基于模糊控制的桥式起重机防摆研究设计方面的资料。
3.利用自己所学的知识跟整理好的资料，初步形成一个系统设计的框架。
综合自己各方面的知识理论和想法意见，用软件进行系统仿真，并且进行各方面调试。
四、参考文献目录
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[2]鲁雄文.模糊PID控制系统的设计与研究[J].现代电子技术,2014,37(24):146-149.
[3]朱发渊,汪朝晖,李欣欣.桥式起重机定位和消摆的非线性优化PID控制研究[J].制造业自动化,2014,35(24):76-79. [资料来源：http://www.doc163.com]
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[6]金铨.岸边集装箱装卸桥防摆装置[J].起重运输机械,2001,40(01):15-16.
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[8]汤秀芬.模糊自适应PID控制器参数整定的研究[J].工业控制计算机,2012,24(02):55-56.
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[11]郭一卓,蔺素宏.起重机减摆系统装置研究[J].机械工程与自动化,2014,42(01):26-28.
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[15]杜文正,谢政,童国林等.桥式起重机定位和防摆的粒子群算法优化PID控制[J].兵工自动化,2012,34(11):32-37.
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五、文献综述
近年来，有关起重机防摇控制的研究是越来越多，众多国外学者都作了大量的研究，电子防摇技术成为了起重机防摇的主要研究对象，我国也从国外引进了电子式防摇技术。由于单摆运动本身就是非线性时变运动，且其固定点不断加速、减速，这就使系统变得非常复杂，难以获得精确的数学模型。当前采用的电子防摇技术是利用各种传感器和检测元件对一些信息进行信息搜集和检测，再将检测到的信息传送至控制系统的微机，通过处理后将最佳的控制参数提供给小车调速系统来控制小车的运行，以达到对吊具及载荷的摆动幅度的控制。这类防摇技术可以实现对吊具摆动的控制，但是由于需要经常变化绳的长度，再加上小车电动机在运行过程中会产生一定的摩擦，因此实际应用中又出现调整小车运行速度太频繁，司机不舒服的现象，导致某些装备了电子防摇系统的集装箱起重机后来又被拆除。而为了提高性能，传统得控制理论变得非常复杂，从很大程度上增加了控制设备初始投资和维修费用，而且降低了系统的可靠性。
本设计是基于模糊控制机理，运用模糊控制知识对桥式起重机进行防摆研究。由于起重机系统的数学模型具有非线性特性和不确定性，通过传统的控制方法（状态反馈控制、PID控制、LQR最优控制），我们可以发现很难达到精准的控制效果。与传统控制相比，模糊控制能够实现更为理想的控制效果，它不依赖被控对象的数学模型，模糊自适应PID控制算法可在线实时调整PID参数,具有智能化的特点，不用人工去调整各种参数，比传统控制更具有优越性。通过阅读文献以及相关资料，可以发现： [资料来源：http://www.doc163.com]
1. 针对桥式起重机系统,分析了系统的拉格朗日动力学模型、非线性特性以及防摆控制的研究现状,阐述并总结了采取不同控制策略时的主要控制方法,轨迹跟踪策略包括离线运动规划和输入整形方法,镇定控制策略从经典控制、现代控制和智能控制等方面分别展开,介绍了PID控制、最优控制、滑模控制、反步控制和无源控制,展望了今后进一步的研究方向和问题。
2. PID控制作为经典控制至今仍被广泛使用，面对精确的数学模型时，PID控制能取得令人满意的效果。但在实际应用中，当被控对象数学模型变化时，难以实时调整PID参数，且大量被控过程机理复杂，被控对象数学模型建立复杂，其控制效果并不理想。模糊控制拥有智能化的特点，它不依赖对象的数学模型，对受控对象的时滞、非线性和时变性具有一定的适应能力。然而模糊控制的精度受到控制规则的限制还始终存在静差。模糊PID控制利用整定PID参数的经验来设计模糊控制器自动调整PID控制器的参数，从而使PID控制器以变应变。
3. 基于模糊控制和自适应PID控制的模糊自适应PID控制算法可在线实时调整PID参数,使系统具有模糊控制的灵活性和适应性强的优点,又具有PID控制精度高的优势。结果表明,系统动态特性好,鲁棒性强,实现简单。
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六、工作进度安排（时间、内容、步骤）
2015年11月27日—2015年12月11日：选题、撰写开题报告、开题答辩。
2015年12月12日—2016年1月15日：收集资料，文献，对知识归类整理。
2016年1月16日—2016年2月21日：对系统各部分进行设计，借助Matlab软件进行仿真。
2016年2月22日—2016年3月22日：撰写论文，完成论文初稿。
2016年3月23日—2016年4月10日：修改完善初稿、最终定稿，准备答辩工作。
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