摘要
抓斗门座起重机广泛应用于港口和露天堆料场，在散货装卸中起着重要的作用，钢丝绳及抓斗摆动会严重影响其工作效率，因此对其进行吊重摆动控制显得尤为重要。本文以抓斗门座起重机吊重摆动系统为主要研究对象，考虑抓斗摆动和绳长变化建立其动力学模型，提出了一种基于双模态模型的改进ZV输入整形算法，对钢丝绳及抓斗摆动控制进行了MATLAB数值仿真以及ADAMS虚拟样机仿真验证，研究工作主要从以下几个方面展开： (1)基于抓斗的结构复杂性以及存在满载闭斗和空载开斗两种状态，考虑抓斗摆动和绳长变化建立了抓斗门座起重机吊重变绳长双摆系统动力学模型，通过拉格朗日分析力学的方法推导了系统的运动微分方程。 (2)对系统微分方程进行了合理的简化，并分别求得变幅与起升工况、回转与起升工况下系统的固有频率和阻尼比，根据固有频率和阻尼比分别设计了变幅与起升工况、回转与起升工况的双模态ZV输入整形器。针对抓斗门座起重机复合运动工况时绳长和起升速度均随时间变化的特点，提出了一种改进等步长搜索算法，来快速求得等效绳长和等效起升速度，为基于双模态模型的改进ZV输入整形器设计打下了坚实的基础。 (3)通过对某型号抓斗门座起重机复合工况的吊重摆动MATLAB数值仿真，综合比较了未整形、基于单模态模型的改进ZV输入整形和基于双模态模型的改进ZV输入整形三种模型的运行时间、钢丝绳及抓斗摆角，结果表明，基于双模态模型的改进ZV输入整形器控制钢丝绳及抓斗的最大残余摆角效果最好。分析了钢丝绳及抓斗最大残余摆角的参数敏感性，结果表明，钢丝绳及抓斗的最大残余摆角对回转角度较为敏感，对变幅位置和钢丝绳长度敏感性不高。 (4)在ADAMS软件中建立了抓斗门座起重机虚拟样机模型，对提出的基于双模态模型的改进ZV算法在虚拟样机上进行了仿真验证，并与MATLAB仿真结果进行对比。结果表明，基于双模态模型的改进ZV输入整形算法在虚拟样机上对钢丝绳及抓斗最大残余摆角也起到了很好的抑制效果，并且与MATLAB仿真结果基本吻合。
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