超大型构件的结构刚度对于液压同步整体提升系统影响的研究

摘要

随着我国现代化建设的加快,各大城市纷纷兴建各种大跨度空间结构建筑,例如机库、体育馆、剧院等,而这类大型结构的安装也越来越多的采用了液压同步整体提升技术,它通常采用柔性钢绞线承重、液压提升器集群、计算机控制同步的方式,已经在多项标志性建筑中成功应用。大型结构的整体提升工程是一个综合了机械、电子、液压和控制理论的复杂大系统,如何对其进行有效控制,以保证工程的安全性、可靠性和经济性,就成了一个迫在眉睫的课题。
　　 对于大系统控制,就需要用到大系统控制理论。大系统具有两个基本特征:递阶结构和分散控制。递阶结构实质上是把大系统在结构上分为不同的层次,下层子系统需要上层系统的协调器进行协调。对液压整体提升系统而言,从提升结构到液压泵站是下层系统,主控柜是上层协调器,而主控柜中的整体提升策略则是协调提升结构耦合的协调策略;分散控制实质上是在空间上把跨度较大的综合性系统分为相对独立的子系统,对于液压整体提升系统而言,每个吊点处的机电设备就构成了一个相对独立的子系统。两者综合起来可以得到一个分散控制的多层的大系统,而解决这个系统的关键在于找到和处理关键耦合量。
　　 在整体提升工程中,提升结构各吊点间的相对刚度就是这个关键量,必须对它进行分析。通过建立一个简单的四吊点力学模型,线性推导耦合量的作用方式和作用效果,可以得到吊点间相对刚度的大小与结构力的正比关系。再结合液压整体提升的实际情况,得出在相对刚度较大的时候采用载荷同步控制策略,在相对刚度较小的时候采用位置同步控制策略这样一个理论性结论。利用Matlab/Simulink软件对其结构化建模并仿真,以验证理论。最后再以实际的国家数字图书馆钢结构屋顶的提升工程为例,证明了这种处理结构刚度与控制策略之间关系的方法是完全可行的。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 工程背景

1.2 液压整体提升技术概述

1.3 问题的提出

第2章 理论分析与提升系统数学模型

2.1 大系统理论

2.1.1 大系统理论概述

2.1.2 递阶结构

2.1.3 分散控制

2.1.4 综合控制方法

2.2 大系统理论在液压同步整体提升上的具体运用

2.3 力学模型

2.4 控制策略理论

第3章 模型建立与Matlab仿真

3.1 开环传递函数模型建立

3.2 结构模型建立

3.3 控制策略和PID控制方法

3.3.1 PID控制算法

3.3.2 优化的吊点PID控制

3.4 控制策略

3.5 仿真参数确定

3.6 位置同步策略仿真

3.7 载荷同步策略仿真

3.8 双目标同步策略仿真

第4章 实际工程运用

4.1 国图提升工程的控制系统平台

4.1.1 PC104主控柜

4.1.2 分散控制器MCU

4.1.3 CAN现场总线

4.1.4 实时操作系统

4.2 控制策略

第5章 结论与展望

致谢

参考文献

附录A 国图整体提升工程概况

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果