Krzysztof Kołodziejczyk

Modelowanie, symulacja dynamiczna i synteza sterowania dźwignic realizujących zadany ruch ładunku

Abstract:

Celem rozprawy było opracowanie i zweryfikowanie metod modelowania, symulacji dynamicznej oraz wyznaczania sterowania dźwignicami realizującymi zadany ruch ładunku. Problem realizacji zadanego ruchu ładunku potraktowano jako zadanie ruchu programowego niezupełnego, odnoszące się do sterowanych układów mechanicznych, w których liczba niezależnych sygnałów sterowania, równa liczbie zadanych charakterystyk ruchu (więzów programowych), jest mniejsza od liczby stopni swobody. Jest to szczególny i trudny przypadek zadania symulacji dynamicznej odwrotnej, którego rozwiązanie pozostaje ciągle przedmiotem intensywnych badań, wymagający jednoczesnej analizy dynamicznej układu w zadanym ruchu programowym oraz wyznaczania sterowania układem niezbędnego dla realizacji tego ruchu.  Na wstępie pracy dokonano przeglądu literatury dotyczącej dynamiki i sterowania dźwignic. Na podstawie tego przeglądu podjęto decyzje dotyczące budowy modeli dwu typów dźwignic: suwnicy pomostowej i żurawia wieżowego, stanowiących przedmiot badań rozprawy. Sformułowano też cele i zadania pracy, wykraczające poza rozwiązania stosowane dotychczas.  Z zastosowaniem oryginalnych metod modelowania, równania ruchu programowego dźwignicy sformułowano w postaci równań różniczkowo-algebraicznych o indeksie trzy. Zaproponowano efektywną i stabilną metodę rozwiązywania tych równań, w których wyznaczane są zarówno przebiegi w czasie zmiennych stanu suwnicy realizującej zadany ruch ładunku jak i sterowania wymaganego dla realizacji tego ruchu. Algorytm wyznaczania tą drogą sterowania w pętli otwartej uzupełniono następnie o schemat syntezy sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, minimalizującym naruszenie więzów programowych w ruchu zaburzonym. Poprawność zbudowanych modeli matematycznych oraz efektywność algorytmów sterowania zweryfikowano za pomocą symulacji numerycznych różnych wariantów przenoszenia ładunku przez suwnicę pomostową oraz żuraw wieżowy. W ograniczonym zakresie dokonano również eksperymentalnej weryfikacji poprawności zaproponowanych metod symulacji ruchu i syntezy sterowania dźwignicami.  Uzyskane w pracy wyniki mogą być wykorzystane przy opracowywaniu automatycznych układów sterowania dźwignicami.