附件C：譯文


利用直接的轉(zhuǎn)換方法對旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)位移的建模和優(yōu)化控制
Kazuhiko Terashimaa，*，Ying Shena，ken’ichi Yanob
日本豐橋技術(shù)學(xué)院的產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院和日本岐阜大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院

摘要
本論文提供了一種對旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)中三維空間運(yùn)動(dòng)的載荷的自由擺動(dòng)的開環(huán)控制方法。為了減小載荷在移動(dòng)過程中由于離心力而產(chǎn)生的擺動(dòng)以及移動(dòng)后載荷的殘余擺動(dòng)，我們提供了一種優(yōu)化控制的方法。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)載荷沿直線移動(dòng)的時(shí)候控制效果是最佳的。“STT”方法就是看作載荷在坐標(biāo)系下隨著起重機(jī)的移動(dòng)以及動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)而沿著從起點(diǎn)到終點(diǎn)的線性軌跡運(yùn)動(dòng)，采用DFP(Davidon–Fletcher–Powell)這種優(yōu)化控制方法可以很好的控制繩索的長度變化，從而可以實(shí)現(xiàn)對載荷的最短時(shí)間控制。把這種最短時(shí)間控制看成預(yù)成形控制，這可以有效的控制變形，通過進(jìn)一步的仿真和實(shí)驗(yàn)證明利用STT模型可以有效的消除由于離心力的影響而帶來的載荷擺動(dòng)。
關(guān)鍵字：起重機(jī)，建模，非線性優(yōu)化控制，擺動(dòng)控制，DFP方法，最短時(shí)間控制
一 緒論
旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)最基本的運(yùn)動(dòng)就是旋轉(zhuǎn)，動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)和載荷的起升。載荷的移動(dòng)就是靠這些運(yùn)動(dòng)的合成來實(shí)現(xiàn)的。利用起重機(jī)可以把載荷移動(dòng)到工作范圍的任何一個(gè)位置。因此，旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)被廣泛的應(yīng)用在工廠，建筑基地，海港周圍等等。旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是難于對載荷的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，這是由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力使得載荷產(chǎn)生了搖擺。
目前，已經(jīng)有過許多關(guān)于控制旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)載荷搖擺問題的研究，在起重機(jī)研究的早期，主要研究簡單的線性運(yùn)動(dòng)，Beestow (1969) 和 Sakawa and Shindo (1982)應(yīng)用開環(huán)的方法使載荷可以停在移動(dòng)過程中的任何一個(gè)位置。在最近的幾年，為了提高起重機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，對載荷搖擺的研究越來越廣泛了。Lahres, Aschemann, Sawodny, 和 Eberhard應(yīng)用反饋法來控制載荷的旋轉(zhuǎn)。Takagi and Hidezaku (1998)應(yīng)用獲得－預(yù)定的補(bǔ)償裝置，基于LMI（線性矩形不等式）計(jì)算吊重索的長度來控制載荷的搖擺。在開環(huán)控制(Klosinski, 2005; Singer & Seering, 1990;Singhose, Porter, Keniso, & Kriikku, 2000)的基礎(chǔ)上通過輸入形狀來控制終點(diǎn)的擺動(dòng)更是一種眾所周知的并且也很實(shí)際的方法。然而，在所以的這些研究中，沒有任何一個(gè)研究人員把載荷運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)考慮在內(nèi)，他們研究的都是線性的運(yùn)動(dòng)。Yamazaki, Itoh, and Hisamura(1978)提供了一種不考慮離心力的假設(shè)載荷作線性運(yùn)動(dòng)方法。這種方法使得起重機(jī)的頂端和載荷在起重機(jī)動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著X-Y坐標(biāo)線性運(yùn)動(dòng)。雖然這種控制方法不是最佳的，可這畢竟是一種讓吊繩有固定長度的簡化了的做線性運(yùn)動(dòng)的起重機(jī)模型。進(jìn)一步考慮，從實(shí)際的計(jì)算次數(shù)來看，把載荷看作線性移動(dòng)的計(jì)算并不復(fù)雜(Shen, Terashima,& Yano, 2002; Yamazakietal, 1978)。