Cranes come in various sizes and designs to perform different tasks. Depending on their dynamic properties, they can be classified as gantry cranes and rotary cranes. In this paper we will focus on the so called 'knuckle boom' cranes which are among the most common types of rotary cranes. Compared with the other kinds of cranes (e.g. boom cranes, tower cranes, overhead cranes, etc), the study of knuckle cranes is still at an early stage and very few control strategies for this kind of crane have been proposed in the literature. Although fairly simple mechanically, from the control viewpoint the knuckle cranes present several challenges. A first result of this paper is to present for the first time a complete mathematical model for this kind of crane where it is possible to control the three rotations of the crane (known as luff, slew, and jib movement), and the cable length. The only simplifying assumption of the model is that the cable is considered rigid. On the basis of this model, we propose a nonlinear control law based on energy considerations which is able to perform position control of the crane while actively damping the oscillations of the load. The corresponding stability and convergence analysis is carefully proved using the LaSalle's invariance principle. The effectiveness of the proposed control approach has been tested in simulation with realistic physical parameters and in the presence of model mismatch.


翻译:起重机的大小和设计各不相同, 执行不同的任务。 根据其动态特性, 起重机可以被归类为吊起机和旋转起重机。 在本文中, 我们将重点关注所谓的“ 敲打吊跳” 起重机, 这是最常见的旋转起重机类型。 与其他类型的起重机相比( 如吊起重机、 起重机、 高架起重机、 高架起重机等), 对起重机的研究仍处于早期阶段, 文献中也对这种起重机提出了很少的控制策略。 尽管从控制角度看, 起重机的起重机具有相当简单的机械性挑战。 本文的第一个结果是首次为这种起重机首次展示完整的数学模型, 以便控制起重机的三次旋转( 即高压起重机、 旋转起重机、 高架起重机、 高架起重起重机等) 以及电缆长度。 模型的唯一简化假设是认为电缆的模型是僵硬的。 根据这个模型, 我们提议一项非线性控制法, 以能源因素为基础, 可以对起重起重机进行定位控制, 同时对起重进行定位进行精确的定位控制, 并用精确的轨率分析。

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