【正文】 ，變速器的設(shè)計(jì)是重中之重。在傳動系統(tǒng)方面，該絞車采用了五級傳動，其中四級內(nèi)嚙合，一級外嚙合。采用了雙聯(lián)齒輪空套在軸上的方法，實(shí)現(xiàn)了兩軸之間三級傳動的目的。制動器是絞車不可缺少的一部分，所以本設(shè)計(jì)采用的兩個(gè)制動器。低速級制動采用內(nèi)漲式制動，當(dāng)需要緊急停車時(shí)推動手輪來緊急停車。高速級制動選用了液壓塊式制動，用來正常停車。另外，本次設(shè)計(jì)還設(shè)計(jì)了一個(gè)電氣控制系統(tǒng)，用來控制絞車的啟動，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停車。該絞車結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，能夠整機(jī)下井；結(jié)構(gòu)為近似對稱布置，外形美觀，成長條形，底座呈雪橇狀；絞車重心低，底座剛性好，可安裝地錨，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全可靠，安裝方便。減少了輔助人員, 改善了工人勞動條件, 運(yùn)行安全可靠。操作和維修都比較方便。整的來說, 該絞車具有結(jié)構(gòu)新穎緊湊, 布局合理, 體積小, 壽命長, 功率大, 效率高, 操作方便, 運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn), 滿足了目前煤礦的發(fā)展需要, 特別適用于中小型煤礦, 具有很廣泛的應(yīng)用場合和發(fā)展前景。另外，通過本次設(shè)計(jì)，我充分認(rèn)識到要設(shè)計(jì)一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品，不僅要有一個(gè)可行的方案，還應(yīng)考慮在加工、制造、安裝中的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。通過本次設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到雙速絞車還有很大的提升空間。1. JSDB25雙速多用絞車最大牽引力390KN，已經(jīng)不能滿足大型煤礦的需求，可以進(jìn)一步研發(fā)更大牽引力的絞車。2. 本次設(shè)計(jì)在聯(lián)軸器和卷筒位置各采用一個(gè)制動器，低速級制動可以采用新型的低速級制動器，來提高其制動的可靠性。3. 該絞車一般使用接觸繼電器控制，有一定的缺點(diǎn)。因此，其控制系統(tǒng)可以選用小型PLC控制，可以提高其控制的可靠性和穩(wěn)定性。翻譯部分英文原文中文譯文液壓絞車運(yùn)動預(yù)測控制摘要液壓絞車廣泛運(yùn)用于機(jī)械工程領(lǐng)域。對于液壓絞車來說，運(yùn)動控制是一個(gè)非常重要的應(yīng)用。液壓絞車是一種具有重負(fù)荷和高慣性的機(jī)械裝置。當(dāng)液壓絞車按照一定的軌跡運(yùn)行過程中，液壓絞車的響應(yīng)速度很大程度影響了控制的精度。液壓絞車的前饋控制可以提高液壓絞車的控制精度。為了提高液壓絞車運(yùn)動跟蹤精度，設(shè)計(jì)跟蹤運(yùn)動預(yù)測控制器并進(jìn)行跟蹤運(yùn)動控制試驗(yàn)，結(jié)果表明，液壓絞車的非線性因素對跟蹤運(yùn)動的控制精度有重要影響。它的非線性特性又降低了其操控精度。預(yù)測控制的設(shè)計(jì)是以液壓絞車的參數(shù)辨識為基礎(chǔ)的。通過液壓絞車的電液比例閥的電壓控制和液壓絞車的速度，液壓絞車的最小二乘參數(shù)辨識方法被用來獲得液壓的模型參數(shù)。仿真試驗(yàn)的結(jié)論表明，建立在實(shí)時(shí)參數(shù)識別方法基礎(chǔ)上的液壓絞車運(yùn)動預(yù)測控制提高了其運(yùn)動精度。關(guān)鍵詞：液壓絞車； 軌跡控制； 預(yù)測控制I. 引言絞車是用于提升、下放重物的動力設(shè)備。絞車是用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物的輕小型起重設(shè)備（見起重機(jī)械），又稱卷揚(yáng)機(jī)。絞車可以單獨(dú)使用，也可作為起重、筑路和礦井提升等機(jī)械中的組成部件，因操作簡單、繞繩量大、移動方便而廣泛應(yīng)用。絞車又名卷揚(yáng)機(jī)。該產(chǎn)品通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉(zhuǎn)移方便，被廣泛應(yīng)用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現(xiàn)代化電控自動作業(yè)線的配套設(shè)備。絞車按照動力分為手動、電動、液壓三類。 手動絞車的手柄回轉(zhuǎn)的傳動機(jī)構(gòu)上裝有停止器(棘輪和棘爪)，可使重物保持在需要的位置。裝配或提升重物用的手動絞車還應(yīng)設(shè)置安全手柄和制動器。手動絞車一般用在起重量小、設(shè)施條件較差或無電源的地方。電動絞車廣泛用于工作繁重和所需牽引力較大的場所。單卷筒電動絞車的電動機(jī)經(jīng)減速器帶動卷筒，電動機(jī)與減速器輸入軸之間裝有制動器。為適應(yīng)提升、牽引和回轉(zhuǎn)等作業(yè)的需要，還有雙卷筒和多卷筒裝置的絞車。一般額定載荷低于10T的絞車可以設(shè)計(jì)成電動絞車。相比電動絞車，液壓絞車具有液壓系統(tǒng)固有的優(yōu)點(diǎn)：噪音小、重量輕、響應(yīng)速度快、控制精度高等。利用液壓馬達(dá)和減速器的驅(qū)動，液壓絞車的滾筒完成提升和下放工作。電液比例閥由于它的價(jià)格低，抗污染能力強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)，從而使其在工程應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。液壓絞車的驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般采用由電液比例閥控制的液壓馬達(dá)。預(yù)測控制或模型預(yù)測控制是制造工業(yè)自八十年代起一直在使用的先進(jìn)的過程控制方法。模型控制器采用動態(tài)過程模型，一般為系統(tǒng)辨識獲得的線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。本文針對液壓絞車跟蹤特定運(yùn)動的工程需求。液壓絞車的非線性特性降低了其運(yùn)動控制精度，故采取預(yù)測控制改善其控制精度。作者主要研究了液壓絞車的跟蹤預(yù)測控制。液壓絞車通常包括卷筒、減速器、液壓馬達(dá)、電液比例閥、平衡閥、液壓站等裝置。如下圖1所示：圖1 液壓絞車液壓絞車的速度由電液比例控制閥控制的。因此液壓絞車的電液比例控制閥的傳遞函數(shù)如下：式中Q(s)為電液比例閥的輸出流量，U(s)為控制電壓，Kv為比例控制增益，Tv為電液比例閥的響應(yīng)時(shí)間。液壓絞車的傳遞函數(shù)包括液壓閥的結(jié)合線性流方程，液壓馬達(dá)的流體方程，液壓馬達(dá)的力矩平衡方程，如下所示：式中Wh為液壓固有頻率，δh液壓阻尼比率，TL液壓絞車的力矩，Dm為馬達(dá)的移位。由于液壓絞車是一個(gè)大慣性、大負(fù)載系統(tǒng)，當(dāng)液壓絞車做一個(gè)固定的跟蹤運(yùn)動時(shí)，液壓絞車的響應(yīng)速度影響其控制精度。因此設(shè)計(jì)一個(gè)前饋控制器，通過改善液壓絞車的響應(yīng)速度，可以提高液壓絞車的主動升沉補(bǔ)償控制效率。假設(shè)前饋控制的傳遞函數(shù)為Gc(s)，由電液比例閥控制電壓和液壓絞車速度的傳遞函數(shù)為：假設(shè)液壓油的期望速度設(shè)定為V，那么前饋控制的輸入為V。前饋控制的傳遞函數(shù)的應(yīng)滿足方程Gc(s)=1/G(s)。如果跟蹤運(yùn)動的頻率液壓絞車的傳遞函數(shù)的比較低，則液壓絞車的傳遞函數(shù)近似為：因此其前饋控制的傳遞函數(shù)如下：液壓絞車的非線性特性降低了其運(yùn)動控制精度。液壓絞車是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng)，主要是由于電液比例閥的流量方程是非線性的。液壓絞車的電液比例閥的輸出流量和閥芯移位的關(guān)系是非線形的，其主要受加載壓力，液壓絞車的控制電壓，和閥芯移位的影響。因此，在跟蹤運(yùn)動的頻率范圍內(nèi)，液壓絞車的模型參數(shù)是時(shí)變的。液壓絞車的理想運(yùn)動和跟蹤誤差如圖2所示：圖2液壓絞車運(yùn)動控制非線性模擬曲線由圖2可知液壓絞車運(yùn)動跟蹤控制系統(tǒng)的相對誤差為20%。其液壓絞車的非線性的特性明顯降低了運(yùn)動控制的精度。III. 預(yù)測控制A. 預(yù)測控制設(shè)計(jì)預(yù)測控制是基于模型控制的。液壓絞車跟蹤預(yù)測控制框，如圖6所示圖3液壓絞車跟蹤預(yù)測控制框由于液壓絞車的非線性特性，故其系統(tǒng)增益和反映時(shí)間都是時(shí)變的。把液壓絞車模型轉(zhuǎn)換為差分方程可得：式中： 表示采樣時(shí)間。a和b表示模型參數(shù)。通過控制電液比例閥控制電壓和液壓絞車的速度，利用最小二乘辨識方法實(shí)時(shí)辨識液壓絞車的系統(tǒng)模型參數(shù)獲得液壓絞車的模型參數(shù)。把絞車的模型轉(zhuǎn)換程為非參數(shù)模型 如下：式中g(shù)?為模型參數(shù)，為噪音。液壓絞車的運(yùn)動跟蹤預(yù)測系統(tǒng)模型如下其參數(shù)的時(shí)變特性和非線性因素對模型的精確控制有重要影響。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)有不可預(yù)見的干擾，因此，預(yù)測模型和實(shí)際的液壓絞車系統(tǒng)有一定的誤差。所以開環(huán)系統(tǒng)需要作一些修正，可得預(yù)測輸出yp(k+1)如下：式中e(k)為預(yù)測模型的輸出誤差，e(k)= y(k) ym (k)，h1為誤差修正系數(shù)。優(yōu)化其成本函數(shù)可得：式中q 為加權(quán)誤差系數(shù)，λ為控制電壓加權(quán)誤差系數(shù)。yr(k+1)為相關(guān)輸入。若?J p / ?u(k) = 0，則控制輸入為B 預(yù)測控制的模擬如果將液壓絞車簡化成一階慣性系統(tǒng)，其液壓絞車的非線性特性使系統(tǒng)增益和響應(yīng)時(shí)間都是時(shí)變的。系統(tǒng)增益和反饋時(shí)間，系統(tǒng)增益和液壓絞車的最小二乘參數(shù)識別系統(tǒng)獲得的響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖4所示：圖4液壓絞車參數(shù)識別系統(tǒng)表4反映出液壓絞車的系統(tǒng)參量和理想的系統(tǒng)參量是一致的。將其跟蹤運(yùn)動設(shè)定為周期為7秒。液壓絞車跟蹤預(yù)測控制的跟蹤誤差和跟蹤運(yùn)動的關(guān)系如圖5所示：圖5液壓絞車預(yù)測控制模擬曲線由圖5可得液壓絞車預(yù)測控制模擬測試反映出液壓絞車跟蹤預(yù)測的相對誤差小于3%。由此可得利用參數(shù)識別方法的液壓絞車預(yù)測控制可以改善液壓絞車控制的精度。 IV 結(jié)論液壓絞車是一個(gè)非線性系統(tǒng)，它的模型參數(shù)是時(shí)變的。其非線性的特性降低了液壓絞車運(yùn)動控制的精度。本文利用參數(shù)識別方法研究了液壓絞車的預(yù)測運(yùn)動控制。根據(jù)模擬測試結(jié)果得出，利用實(shí)時(shí)參數(shù)識別方法的液壓絞車運(yùn)動預(yù)測控制改善了其運(yùn)動控制的精度。[1] Bing Wen, Abdollah Homaifar, Marwan Bikdash and BahramKimiaghalam, “Modeling and Optimal Control Design of Shipboard Crane”, Proceedings of the American ControlConference, ~597, 1999.[2] Bahram Kimiaghalam, Abdollah Homaifar, Bijan Application of Model Predictive Control for a ShipboardCrane. 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Berkeley, CA, U. S. A： University of California at Berkeley ，2001致 謝本次設(shè)計(jì)歷時(shí)近三個(gè)月，在這充實(shí)繁忙的設(shè)計(jì)過程中，身邊有很多老師同學(xué)朋友給了我很多的支持和幫助。從這學(xué)期設(shè)計(jì)開題以來，在指導(dǎo)教師李中凱副教授精心指導(dǎo)下，使本此設(shè)計(jì)取得了圓滿的完