T. 16 S. 05 (2026): Tạp chí Vật liệu và Xây dựng
##common.pageHeaderLogo.altText##
Tạp chí Vật liệu và Xây dựng - Bộ Xây dựng

ISSN:

Website: www.jomc.vn

Nghiên cứu dập tắt dao động của xe con cần trục 3 bậc tự do khi di chuyển với tốc độ nhanh đến trung điểm của hai cột thép sử dụng bộ điều khiển tự động các bề mặt trượt phân cấp trong quá trình lắp dựng tự động

Lê Hồng Quân , Nguyễn Huy Toàn

Từ khóa:

Lắp dầm thép tự động
Bộ điều khiển tự động kiểu phân cấp
Các bề mặt trượt
Dập tắt dao động
Mô hình xe con cần trục tháp trong mặt phẳng chứa cần

Tóm tắt

Trong quá trình lắp dựng tự động các dầm thép tiền chế bằng cần trục tháp xây dựng, thợ điều khiển cần trục phải thực hiện điều khiển di chuyển xe con cần trục tháp trong mặt phẳng chứa cần với tốc độ nhanh để đưa dầm thép tiền chế đến vị trí trung điểm giữa hai cột thép rồi sau đó điều khiển xoay dầm thép vào lắp ghép với hai cột thép để tăng năng suất. Khi xe con cần trục tháp phải di chuyển với tốc độ nhanh thì dưới tác dụng của lực gió giật và lực phát động chủ động f mà trong đó có cả  lực quán tính lớn khi mở máy và phanh dừng tác dụng theo phương ngang làm cho vị trí của xe con, cụm móc treo và cụm dầm thép tiền chế bị dao động rung lắc với biên độ lớn và thời gian kéo dài quanh vị trí cân bằng thẳng đứng làm cho năng suất bị giảm mạnh và có khả năng xảy ra các tai nạn lao động làm phát sinh chi phí xây dựng cũng như kéo dài tiến độ xây dựng của dự án. Để khắc phục các vấn đề trên, bài báo tập trung trình bày việc nghiên cứu áp dụng phương pháp điều khiển tự động theo vòng kín có phản hồi để dập tắt 3 bậc tự do của mô hình toán học xe con cần trục dao động trong mặt phẳng chứa cần nêu trên. Hệ thống điều khiển tự động kiểu trượt các bề mặt trượt phân cấp các bề mặt trượt được thiết kế và chứng minh đạt được mục tiêu điều khiển cũng như ổn định theo lý thuyết hàm Lyapunov. Kết quả được kiểm chứng thông qua mô phỏng số bằng chương trình MATLAP với bộ số liệu đầu vào để mô phỏng được lấy thông qua nghiên cứu tính toán hệ thống lắp xoay lắp dầm thép tiền chế trong điều kiện phòng thí nghiệm. Các nhận xét về các kết quả mô phỏng và kết luận cũng được trình bày.

Điều hướng Người dùng

PDF

Cách trích dẫn

Lê Hồng Quân, & Nguyễn Huy Toàn. (2026). Nghiên cứu dập tắt dao động của xe con cần trục 3 bậc tự do khi di chuyển với tốc độ nhanh đến trung điểm của hai cột thép sử dụng bộ điều khiển tự động các bề mặt trượt phân cấp trong quá trình lắp dựng tự động. Tạp Chí Vật liệu Và Xây dựng - Bộ Xây dựng, 16(05), Trang 93 – Trang 112. https://doi.org/10.54772/jomc.05.2026.1490

Tài liệu tham khảo

  1. . Abdel- Rahman EM, Nayfeh AH, Masoud ZN. Dynamics and control of cranes: a review. J Vib Control, 2003. 9(7): p.863-908.
  2. . Tuan L, Janchiv A, Kim GH, Lee SG. Feedback linearization control of overhead cranes with varying cable length. In: Proceedings of International Conference on Control, Automation and Systems, Gyeonggi-do, Korea, 2011. p. 906–911.
  3. . Tuan L, Kim GH, Lee SG. Partial feedback linearization control of the three- dimensional overhead crane. In: Proceedings of IEEE International Conference on Automation Science and Engineering, Seoul, Korea, 2012. p. 1198–1203.
  4. . Wu XQ, He XX, Sun N, Fang YC. A novel anti-swing control method for 3-D overhead cranes. In: Proceedings of American Control Conference, Portland OR, USA, 2014. p. 2821–2826.
  5. . Maschke B, Ortega R, Van der Schaft AJ. Energy-based Lyapunov functions for forced Hamiltonian systems with dissipation. IEEE Trans Autom Control, 2000. 45(8): p.1498–1502.
  6. . Karkoub MA, Zribi M. Modelling and energy based nonlinear control of crane lifters. IEE Proc Control Theory Appl, 2002. 149(3): p. 209–216.
  7. . Guo W, Liu D, Yi J, Zhao D. Passivity-based-control for double-pendulum-type overhead cranes. In: Proceedings of IEEE Region 10 Annual International Conference, Chiang Mai, Thailand, 2004. p. 546–549.
  8. . Collado J, Lozano R, Fantoni I. Control of convey-crane based on passivity. In: Proceedings of American Control Conference, Chicago IL, USA, 2000. p. 1260–1264.
  9. . Cao LZ, Wang HW, Niu C, Wei SB. Adaptive backstepping control of crane hoisting system. In: Proceedings of IEEE International Conference on Automation and Logistics, Qingdao, China, 2007, p. 245–248.
  10. . Yang JH, Yang KS. Adaptive control for 3-D overhead crane systems. In: Proceedings of American Control Conference, Minneapolis MN, USA, 2006. p. 1832–1837.
  11. . Yang TW, O’Connor WJ. Wave based robust control of a crane system. In: Proceedings of 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Beijing, China, 2006. p. 2724–2729.
  12. . Uchiyama N. Robust control of rotary crane by partial-state feedback with integrator. Mechatronics, 2009. 19(8): p.1294–1302.
  13. . Deng JM, Becerra VM. Application of constrained predictive control on a 3D crane system. In: Proceedings of IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics, Singapore City, Singapore, 2004. p. 583–587.
  14. . Michels K, Klawonn F, Kruse R, Numberger A. Fuzzy control: Fundamentals, stability and design of fuzzy controllers. New York: Springer-Verlag, 2006.
  15. . Ross IM, Fahroo F. Pseudospectral methods for optimal motion planning of differentially flat systems. IEEE Trans Autom Control, 2004. 49(8): p. 1410–1413.
  16. . Zameroski D, Starr G, Wood J, Lumia R. Rapid swing-free transport of non-linear payloads using dynamic programming. J Dyn Syst Meas Control Trans ASME, 2008, 130(4), DOI:10.1115/1.2936384.
  17. . Da Cruz JJ, Leonardi F. Minimum-time anti-swing motion planning of cranes using linear programming. Optimum Control Appl Meth, 2013. 34(2): p. 191–201.
  18. . French L, Singhouse W, Seering W. An expert system for the design of input shapers. In: Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Control Applications, Kohala Coast-Island, USA, 1999. p. 713–718.
  19. . Singer N, Singhose W, Kriikku E. An input shaping controller enabling cranes to move without sway. In: Proceedings of 7th Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Augusta, GA, 1997. p. 225–231.
  20. . Sorensen K, Singhose W, Dickerson S. A controller enabling precise positioning and sway reduction in bridge and gantry cranes. Control Eng Pract, 2007. 15(7): p. 825–837.
  21. . Ahres, S., Aschemann, H., Sawodny, O., and Hofer, E. P., 2000, “Crane Automation by Decoupling Control of a Double Pendulum Using Two Tran-lational Actuators,” in Proceedings of the 2000 American Control Conference, Vol. 2. p. 1052–1056.
  22. . Tanaka, S., and Kouno, S., 1998, “Automatic Measurement and Control of the Attitude of Crane Lifters: Lifter-Attitude Measurement and Control” Control Eng. Pract.,6(9), p. 1099–1107.
  23. . French L, Singhouse W, Seering W. An expert system for the design of input shapers. In: Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Control Applications, Kohala Coast-Island, USA, 1999, pp. 713–718.
  24. . Singhose W, Mills B, Seering W. Vibration reduction with specified-swing input shapers. In: Proceedings of IEEE International Conference on Control Applications, Kohala Coast-Island, USA, 1999, pp. 533–538.
  25. . Daqaq MF, Masoud ZN. Nonlinear input-shaping controller for quay-side container cranes. Nonlinear Dyn, 2006, 45(1–2): 149–170.
  26. . Masoud ZN, Daqaq MF. A graphical approach to input-shaping control design for container cranes with hoist. IEEE Trans Control Syst Technol, 2006, 14(6): 1070–1077.
  27. . Dianwei Qian, Anti- sway control for Cranes, Design and implementation using Matlab.
  28. . Z. Lei, H. Taghaddos, U. Hermann và M. Al-Hussein, A Methodology for Mobile Crane Lift Path Checking in Heavy Intrustry Projects, Automation in construction, Volume 31, pp. 41-53, 2013.
  29. . M.-W. Park và I. Brilakis, Construction Worker Detection in Video Frames for Initializing Vision Trackers, Automation in construction, Volume 28, pp, 15 – 25, 2012.
  30. . W. S. Yoo, H.-J. Lee, D.-I. Kim, K.-I. Kang và H. Cho, Genetic Algorithm – Based Steel Erection Planning Model for a Construction Automation System, Automation in Construction, Volume 24, pp. 30-39, 2012.
  31. . Lipman, R.R & Reed, K.A (2000), Using VRML in Construction industry Applications, in Proceedings of Web 3D: VRLM 2000 Symposium Monterrey, CA February 21 -24, 1-7.
  32. . C. Zhang và A. Hammad, Improving lifting Motion Planning and Re-Planning of Cranes with Consideration for Safety and Efficiency, Advanced Engineering Informatics, volume 26, pp. 396-410, 2012.
  33. . Zhang, P., Harris, F.C., Olomolaiye, P.O & holt, GD. (1999), Location optimization for a group of tower cranes. Journal of Construction Engineering and Management, 125 (2), 115 -22.
  34. . Nguyễn Văn Trung, Chenglong Du, Nguyễn Trọng Quỳnh, Phạm Thị Thảo, Tổng quan chiến lược áp dụng các kỹ thuật điều khiển vòng hở để điều khiển hệ thống cầu trục, 2019, Tạp chí nghiên cứu khoa học. Trường Đại học Sao Đỏ. ISSN 1859-4190. Số 4(67). 2019.
  35. . Phạm Lê Công, Điều khiển chống rung cho cẩu tháp bằng phương pháp điều khiển tiền định, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, 2020, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
  36. . Lê Mạnh Quý, Nguyễn Đức Minh, Dương Minh Đức, Nguyễn Tùng Lâm, Ngô Văn An, Điều khiển cầu trục kết hợp chống rung lắc và tránh vật cản, 2015, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2015.
  37. . Lê Hồng Quân, Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu dao động cho vật nâng và móc treo trong mô hình toán học xe con cần trục hai bậc tự do trong mặt phẳng chứa cần bằng phương pháp điều khiển thụ động: Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường 2025, mã số đề tài: 18-2025/KHXD, Hà Nội, tháng 12/2025. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
  38. . Tưởng Xuân Thưởng, Dương Minh Đức, Nguyễn Tùng Lâm, Điều khiển chống rung cho cầu trục ba chiều bằng phương pháp Hybrid Shape, 2015, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2015.
  39. . Cao Xuân Cường và Trần Đình Khôi Quốc, Điều khiển mô hình con lắc ngược sử dụng bộ điều khiển RQL với hai vòng phản hồi, 2018, Tạp chí điện tử và công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 2018. 5(126) Quyển 1.
  40. . Lê Hồng Quân, Nghiên cứu mối quan hệ giữa các gia tốc làm giảm góc lắc của cáp nâng cần trục tháp khi quay cần trục làm cơ sở cho việc điều khiển động cơ để nâng cao tốc độ làm việc, đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường trọng điểm 2017; Mã số đề tài: 140-2017/KHXD-TĐ, Hà Nội, tháng 4/2018. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
  41. . Lê Hồng Quân, Nghiên cứu giải pháp điều khiển chống lắc cho mô hình xe con cần trục ở dạng con lắc hai bậc tự do dựa trên kỹ thuật tạo hình dạng tín hiệu đầu vào, đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường 2021, mã số đề tài: 37-2021/KHXD, Hà Nội, tháng 01/2022. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
  42. . Lê Hồng Quân, Nghiên cứu điều khiển chống rung lắc cho vật nâng và móc treo trong mô hình xe con cần trục ở dạng con lắc hai bậc tự do dựa trên cơ sở phản hồi đầu ra, đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường 2021; Mã số đề tài: 15-2022/KHXD, Hà Nội, tháng 12/2022. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
  43. . Bùi Thị Khánh Hòa, Hà Văn Phương, Phạm Văn Huy, ứng dụng bộ điều khiển thụ động kết hợp quan sát cho hệ thống cầu trục mô hình con lắc đôi. 2023, Tạp chí Khoa học và Công nghệ. Tập 59, Số 5 tháng 10 năm 2023 P- ISSN 1859- 3585, E- ISSN 2615- 9619. Trang 26 – Trang 30. Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội.
  44. . Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai, Máy xây dựng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2006.