Speed pd controller with wide robust propertiesfor overhead crane control

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Control of overhead crane trolley is considered in task of cargo movement along one horizontal axis to specified point with damping of angular oscillations and possibility of parry of external disturbances, for example, wind ones with provision of specified quality characteristics. It is assumed that the crane is equipped with a servo motor capable of quickly tracking the specified speed of movement of the trolley. This corresponds to the use of modern asynchronous servo motors. An automated control system is considered, which assumes the presence of a crane operator. It is proposed to build a PD-regulator, which forms the specified speed of the trolley. It is built on the basis of a linearized single-pendulum model of cargo movement depending on the speed of the trolley. Includes proportional part by error of linear movement of crane bogie and differential part by angle of suspension deviation from vertical with low-frequency filtration. The justification of the synthesis of the parameters of the PD-regulator is proposed in stages, by considering four of its options. The peculiarity of the PD-regulator parameters selection is that all of them are based on the passport data of the crane and the drive, on the specified qualitative parameters of the transient process, as well as at the distance of cargo movement. The closed-loop control system at a fixed setting has robust properties in a very wide range of variations in crane and cargo parameters, covering the possible modes of crane use in practice, is able to counteract external disturbances. The results of model studies are presented.

About the authors

Sergey Petrovich Kruglov

Irkutsk State Transport University

Email: kruglov_s_p@mail.ru
Irkutsk

References

  1. ГЕРМАН-ГАЛКИН С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное по-собие. – СПб.: КОРОНА принт, 2010. – 320 с.
  2. ГОСТ 1575-81. Краны грузоподъемные. Ряды основных параметров. − М.: Издательство стандартов, 1987.
  3. ГОСТ 3332-54. Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъёмностью от 5 до 50 т среднего и тяжелого режимов работы. Основные параметры и размеры. − М: Издательство стандартов, 1974.
  4. ЕНИН С.С. Совершенствование системы управления электроприводами мостового крана для демпфирования колебаний подвешенного груза. Дисс. канд. техн. наук. – Магнитогорск: Магнитогорский ГТУ им. Г.И. Носова, 2020. – 150 с. – URL: https://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-sistemy-upravleniya-elektroprivodami-mostovogo-krana-dlya-dempfirovaniya (дата обращения 05.06.2023).
  5. КРУГЛОВ С.П., АКСАМЕНТОВ Д.Н. Адаптивное управ-ление мостовым краном по скорости перемещения те-лежки // Доклады ТУСУР. – 2022. – Т. 25, № 1. – С. 86–92.
  6. КРУГЛОВ С.П., КОВЫРШИН С.В. Идентификационное скоростное управление мостовым краном с сокращен-ной моделью переноса груза // Проблемы управления. – 2023. − №4. – С. 28–37.
  7. ПАХОМОВ А.Н., ФЕДОРЕНКО А.А., ЧЕРТЫКОВ П.Н. Модальное управление асинхронным электроприводом тележки мостового крана с наблюдающим устрой-ством // Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии. – 2022. − №15(5). − С. 583–592.
  8. ПЕРВОЗВАНСКИЙ А.А. Курс теории автоматического управления. Учеб. пособие для вузов. − СПб: Лань, 2023. − 616 с.
  9. РОГОВА Н.С., ЮРКЕВИЧ В.Д. Разработка алгоритмов управления для перемещения груза портальным краном // Сборник научных трудов НГТУ. – 2017. − №2 (88). − С. 7–18.
  10. САБЛИНА Г.В., ХОДАКОВА Д.И. Разработка алго-ритма стабилизации системы «подвешенный груз» // Сборник научных трудов НГТУ. – 2009. − №3(57). − С. 33–40.
  11. Сайт компании ООО «Зетек»: https://www.servosystem.ru/catalog/servotekhnika_i_servoprivod/ (дата обращения: 25.09.2023).
  12. ТЕРЕХОВ В.М., ОСИПОВ О.И. Системы управления электроприводов. Учебник для студ. высш. учеб. заведе-ний / Под ред. В.М. Терехова. 2-е изд. − М.: Издатель-ский центр «Академия», 2006. − 304 с.
  13. ФРАНЦУЗОВА Г.А., ВОСТРИКОВ А.С. Особенности синтеза ПИД-регулятора для нелинейного объекта вто-рого порядка // Автометрия. – 2019. – Т. 55, №4. − С. 57–64.
  14. ENIN S. OMELCHENKO E., MAKSIMOV I. Crane Anti-Sway Control System Algorithm // IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Indus-try: Research & Practice – 2019 (PEAMI–2019), Magnito-gorsk, Russia. − 2019. − P. 54–58.
  15. FADLALLA A.A.M., HASSAN M. Dynamic Modeling and Feedback Linearization Control of a 3-D Overhead Gantry Crane System // IEEE Int. IOT, Electronics and Mechatronics Conference – 2021 (IEMTRONICS–2021), Toronto, ON, Canada. – 2021. − P. 1–6.
  16. HUANG W., ZHANG M., SUN F., ZHANG J. et al. Saturat-ed PD with sliding mode control method for 4-DOF tower crane systems // IEEE Int. Conf. on Real-time Computing and Robotics – 2021 (RCAR–2021), Xining, China. – 2021. – P. 96–100.
  17. JAAFAR H.I., MOHAMED Z., MOHD SUBHA N.A., HU-SAIN A.R. et al. Efficient control of a nonlinear double-pendulum overhead crane with sensorless payload motion using an improved PSO-tuned PID controller // Journal of Vibration and Control. − 2018. − No 25(4). − P. 907–921.
  18. KISS B., LEVINE J., MULLHAUPT P. A simple output feed-back PD controller for nonlinear cranes // Proc. of the 39th IEEE Conference on Decision and Control (Cat. No.00CH37187), Sydney, NSW, Australia. – 2000. − Vol. 5. − P. 5097–5101.
  19. MOHAMED K.T., ABDEL-RAZAK M.H., HARAZ E.H., ATA A.A. Fine tuning of a PID controller with inlet deriva-tive filter using Pareto solution for gantry crane systems // Alexandria Engineering Journal. – 2021. – Vol. 61, No. 9. – P. 6659–6673.
  20. PAPADOPOULOS A.-A.D., ROMPOKOS A.A., ALEXAN-DRIDIS A.T. Nonlinear and observer-based PD position and sway control of convey-crane systems // 24th Mediterra-nean Conference on Control and Automation – 2016 (MED–2016), Athens, Greece. – 2016. − P. 696–700.
  21. RAMLI L., MOHAMED Z., ABDULLAHI A.M., JAAFAR H.I. et al. Control strategies for crane systems: A comprehensive review // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2017. − Vol. 95. − P. 1–23.
  22. YANG T., SUN N., CHEN H., FANG Y. Observer-Based Nonlinear Control for Tower Cranes Suffering From Uncer-tain Friction and Actuator Constraints with Experimental Verification // IEEE Trans. on Industrial Electronics. − 2021. − Vol. 68, No. 7. − P. 6192–6204.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».