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核电站环行起重机(简称核环吊)是运行于核电站反应堆厂房上方的大型特种起重设备,主要用于厂房内部重型设备吊装以及反应堆燃料更换,由于其特殊的工作环境,对核环吊定位精度提出了很高的要求,因此,在保证核环吊制造精度和安装精度的基础上,有效的自动运行控制策略是提高核环吊定位精度要求的重要关键技术。本文以大连华锐重工集团设计的第三代核环吊为研究对象,运用虚功率原理建立核环吊多刚体动力学模型,通过MATLAB仿真分析研究了不同工况下水平导向装置动力学特性以及对定位精度的影响机理,根据核环吊运行特性,分析比较了几种不同的同步控制结构下驱动轮同步运行精度差异,在此基础上采用改进型偏差耦合同步控制策略以及模糊内模PID控制改善核环吊同步控制性能,从而有效提高整机定位精度,本文主要工作包括:(1)以虚功率原理为理论基础,建立核环吊多刚体动力学模型,利用MATLAB软件仿真研究了小车位置变化、驱动轮性能偏差、响应延迟影响下整机定位误差以及水平导向装置中水平间隙和侧向力的变化趋势;(2)根据核环吊运行特性分析比较了并行同步控制、主从同步控制以及偏差耦合同步控制结构在各工况下的同步控制精度以及抗干扰能力,并在采用偏差耦合同步控制的基础上提出了位置速度双闭环反馈控制的改进型偏差耦合同步控制结构,通过MATLAB仿真验证了控制结构的有效性;(3)针对驱动轮采用的传统PID控制器参数整定较为复杂的问题,在基于内模原理的基础上设计了内模PID(IMC-PID)控制器,该方法结构简单,只需调整滤波参数即可改善控制器性能,进一步通过模糊控制算法与内模PID控制相结合,实现内模PID控制器参数的在线整定,通过MATLAB仿真验证,模糊内模PID控制性能明显优于内模PID控制以及常规PID控制,能够有效改善核环吊驱动轮响应速度和抗干扰性能。总之,本文通过动力学理论推导与仿真分析相结合,得到了核环吊多刚体动力学模型,通过仿真分析总结了多种工况下的水平导向装置工作过程以及对定位精度的影响机理,在此基础提出了改进型偏差耦合同步控制策略和模糊内模PID控制器设计方法,有效改善整机定位精度、响应速度以及抗干扰能力,为核环吊的设计和自动运行控制提供了理论参考。