链式运动单索振动抑制与索力调节的耦合控制研究

The traction chain of single-chain freight transportation system is made up of the interlacing connected horizontal links and vertical links. The adjacent links are used to drive and connect the hook respectively. The traction chain axially moves in a non-steady-state and inevitably produce periodic transverse vibrations. The wind load effect makes the vibrational excitation more complexity. The proposed research aims to study the coupling control technology for transverse vibration and tension adjustment of moving chain under wind loads. With the study of the nonlinear dynamical characteristics of single-chain system under wind loads, the stabilization mechanisms for the balanced configuration of moving chain under wind loads will be explored. Furthermore, the proposed research will develop the coupling vibration model of the moving chain and boundary vibration controller. This proposal involves a multi-level analysis method based on the coupling vibration model, dynamic characteristics and stability control. The fuzzy control and adaptive control methods are proposed to design the coupling controllers for tension adjustment and transverse vibration respectively, which will effectively suppress the transverse vibration as well as reasonably adjust axial tension of moving chain. The implementation of this research will provide new ideas for the operational control of complex single-cable system and has important theoretical significance and application value.

链式单索货运系统的牵引链索由水平链环与垂直链环交错连接而成，相邻链环分别用来传动和连接挂钩。牵引链索在轴向行进过程中处于非稳态，会不可避免地产生横向周期性激振，风荷载作用会使激振运动更趋复杂。本项目旨在研究风荷载作用下运动链索的横向振动和索力调节的耦合控制技术，通过对风荷载作用下链式单索系统的非线性动力学特性研究，明确风荷载下运动链索平衡构形稳定机理，建立运动链索-边界振动控制器的耦合振动模型，并基于耦合振动模型－动力学特性－稳定性控制的多层次分析方法，分别应用模糊控制和自适应控制方法来设计运动链索的索力调节与横向振动耦合控制器，以有效抑制运动链索横向振动以及合理调节链索轴向张力。本研究的顺利实施，为复杂单索系统的运行控制提供新思路，具有重要的理论意义和应用价值。

链式单索系统在复杂地形的丘陵山地货物运输应用广泛。牵引链索在轴向行进过程中处于非稳态，会不可避免地产生横向周期性激振，风荷载作用会使激振运动更趋复杂。为抑制行进链单的横向振动，需对不同条件下的振动特性进行数学表征，研究有效的减振方法。.本项目基于哈密尔顿方程建立了复杂工况下行进链索横向振动线性动力学模型，对边界条件的多边形效应所产生的激励进行了研究, 获得了主要参数对链索横向振动幅频特性的影响规律。分析了横纵向激励条件下链式运动单索的耦合效应，构建了多跨耦合行进链索非线性动力学方程。基于多体动力学理论，构造了风荷载作用下链式运动单索的横向非线性振动数学模型。利用Lyapunov方法完成了运动链索横向振动闭环系统的渐近稳定性研究，构建了无风载以及时变张力条件下的运动链索控制数学模型，设计了相应的自适应控制律。通过对风荷载作用下链式单索系统的非线性动力学特性研究，明确了风荷载下运动链索平衡构形稳定机理，建立了运动链索—边界振动控制器的耦合振动模型。开发了两种运动链索主动减振装置，通过电动作动器输出横向减振用控制力。设计了一种组合风场实验平台，用于研究风载荷对振动特性的影响。基于耦合振动模型－动力学特性－稳定性控制的关联分析方法，应用模糊PID控制设计了运动链索的索力调节器，通过与横向振动控制器进行自适应耦合控制，有效抑制了运动链索横向振动以及合理调节链索轴向张力。.本项目研究为风雨载荷运动链索的振动分析与稳定性控制提供了依据，在悬索类结构研究领域具有理论意义和应用价值。