T. 14 S. 02 (2024): 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

Giải pháp giảm rung của vật nâng và móc treo trong mô hình xe con cần trục ở dạng hai bậc tự do để nâng cao năng suất và an toàn khi sử dụng cần trục bằng phương pháp điều khiển kiểu trượt tăng dần

Lê Hồng Quân , Trịnh Bích Ngọc , Phạm Văn Uy

Từ khóa:

Mô hình xe con cần trục ở dạng hai bậc tự do
Bộ điều khiển kiểu trượt tăng dần
Móc treo và tải nâng
Cần trục xây dựng
Phân tích sự ổn định của hệ thống điều khiển theo lý thuyết của Lyapunov
Mặt phẳng chứa cần

Tóm tắt

Khi vận hành xe con cần trục ở tốc độ nhanh sẽ gây ra sự lắc của tải trọng nâng và móc treo với biên độ lớn, điều này gây các bất lợi đối với sự an toàn, độ dừng chính xác của vật nâng, tính hiệu quả của các chuyển động cần trục cũng như năng suất của cần trục đặc biệt là khi sử dụng các cần trục thông minh cho các nhiệm vụ lắp ghép tự động. Bài báo này trình bày sự nghiên cứu về phương pháp điều khiển kiểu trượt áp dụng cho bài toán giảm rung lắc của móc treo và tải nâng trong mô hình xe con cần trục ở dạng hai bậc
tự do. Về mặt thực tế, các vận tốc góc của vật nâng và móc treo là luôn luôn bị dao động trong hầu hết các chuyển động cần trục. Một vấn đề có tính thực tiễn như vậy rất cần một bộ điều khiển kiểu trượt tăng dần có ưu điểm rất mạnh đó là nó có khả năng tạo ra sự bền vững rất cao trong hệ thống và đa năng để giảm rung động của móc treo và vật nâng một cách nhanh chóng. Bài báo đầu tiên trành bày tính tổng quan và tính cấp thiết khi sử dụng các phương pháp điều khiển để dập tắt móc treo và vật nâng. Tiếp theo là trình bày một số vấn đề cơ bản về phương pháp điều khiển kiểu trượt. Thứ ba là một bộ điều khiển kiểu trượt tăng dần được thiết kế và được áp dụng cho mô hình xe con cần trục ở dạng con lắc hai bậc tự do. Thứ tư là sự phân tích sự ổn định của hệ thống điều khiển tăng dần được minh chứng theo lý thuyết ổn định của
Lyapunov. Thứ năm là một số kết quả mô phỏng bằng số bằng chương trình Matlab để hỗ trợ thiết kế điều khiển kiểu trượt tăng dần. Cuối cùng là các nhận xét về các kết quả mô phỏng bằng số và kết luận.

Điều hướng Người dùng

PDF

Cách trích dẫn

Lê, H. Q., Trịnh, B. N., & Phạm, V. U. (2024). Giải pháp giảm rung của vật nâng và móc treo trong mô hình xe con cần trục ở dạng hai bậc tự do để nâng cao năng suất và an toàn khi sử dụng cần trục bằng phương pháp điều khiển kiểu trượt tăng dần . Tạp Chí Vật liệu Và Xây dựng - Bộ Xây dựng, 14(02), Trang 80 – Trang 89. https://doi.org/10.54772/jomc.02.2024.656

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. Ortega R, Perez JA, Nicklasson PJ, Sira-Ramirez H. Passivity-based control of Euler-Lagrange systems: Mechanical, electrical and electromechanical applications. Berlin: Springer, 2013.
  24. Qian D, Tong S, Yang B, Lee S. Design of simultaneous input-shaping-based SIRMs fuzzy control for double-pendulum-type overhead cranes. Bull Pol Acad Sci-Tech Sci, 2015. 63(4): p. 887–896.
  25. Edwards C, Spurgeon S. Sliding mode control: Theory and applications. Padstow: CRC Press, 1998.
  26. Utkin V, Guldner J, Shi J. Sliding mode control in electro-mechanical systems. Padstow: CRC Press, 2009.
  27. Utkin VI. Sliding modes in control and optimization. Berlin: Springer, 2013.
  28. Wang W, Liu XD, Yi JQ. Structure design of two types of sliding-mode controllers for a class of under-actuated mechanical systems. IET Control Theory Appl, 2007, 1(1): 163–172.
  29. Xue D, Chen Y, Atherton DP. Linear feedback control: Analysis and design with MATLAB. Philadelphia, PA: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2007.
  30. Dianwei Qian, Anti- sway control for Cranes, Design and implementation using Matlab.
  31. Hồ Việt Long, Dương Minh Đức, Điều khiển chống rung cho cẩu tháp, 2017, CASD 2017.
  32. 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.
  33. 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.
  34. 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.
  35. Nguyễn Văn Hùng, Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm, khảo sát động lực học và khả năng điều khiển ổn định của vật nâng theo phương ngang khi di chuyển xe con cầu trục” 2013, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí; Mã số: 60520103, ĐHXD 2013. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
  36. 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.
  37. 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.
  38. 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.
  39. 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.
  40. 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.
  41. Lê Hồng Quân, Nghiên cứu chống rung cho vật nâng và móc treo trong mô hình toán học xe con cần trục ở dạng con lắc hai bậc tự do trong mặt phẳng chứa cần bằng phương pháp điều khiển kiểu trượt: Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường 2023; Mã số đề tài: 23-2023/KHXD, Hà Nội, tháng 11/2023. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.