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A smooth optimized input shaping method for two-dimensional crane systems using Bezier curves
Transactions of the Institute of Measurement and Control ( IF 1.8 ) Pub Date : 2021-04-19 , DOI: 10.1177/0142331221995305
AbdualAziz Al-Fadhli 1 , Emad Khorshid 2
Affiliation  

Conventional input shaping commands have been successfully employed to suppress residual vibration in the payload rest-to-rest transportation process. Most of these methods introduce an impractical large and sudden variation on the acceleration profile. This paper presents a new smooth command input with adjustable time length and limited jerks. The command input is generated from the trolley displacement using a Bezier curve function by adjusting the position of the control points, which were divided into boundary and intermedium points. The boundary control points are selected to accurately move the trolley to its desired position with zero velocity and acceleration at the closing motion. The positions of the intermedium points were optimized using a particle swarm scheme for reducing maneuvering time while suppressing the payload oscillations at the end of the process and satisfying physical system constraints. Several cases were discussed for fixed cable length, variable cable involving single and multi-hoisting mechanisms, and different maneuver times. Simulated results were validated experimentally on a laboratory size crane. The results demonstrated that the proposed input Bezier-curve shaper provides an effective, reliable, and practical technique to be used for the payload transportation process. Moreover, the proposed method can generate asymmetrical acceleration and deceleration motions, which cannot be achieved using existing smoother commands.



中文翻译:

使用贝塞尔曲线的二维起重机系统的平滑优化输入整形方法

常规的输入整形命​​令已被成功采用,以抑制有效载荷静止到静止的运输过程中的残留振动。这些方法大多数都在加速度曲线上引入了不切实际的大而突然的变化。本文提出了一种新的平滑命令输入,具有可调整的时间长度和有限的抖动。通过调整控制点的位置(使用控制点分为边界点和中间点),使用Bezier曲线函数根据手推车的位移生成命令输入。选择边界控制点以在关闭运动时以零速度和加速度将手推车准确地移动到其所需位置。使用粒子群算法优化中间点的位置,以减少操纵时间,同时抑制过程结束时的有效载荷振荡并满足物理系统约束。讨论了几种情况,包括固定电缆长度,涉及单吊装和多吊装机制的可变电缆以及不同的操纵时间。模拟结果在实验室用起重机上进行了实验验证。结果表明,所提出的输入贝塞尔曲线整形器提供了一种有效,可靠和实用的技术,可用于有效载荷运输过程。此外,所提出的方法可以产生不对称的加减速运动,而使用现有的更平滑的命令则无法实现。讨论了几种情况,包括固定电缆长度,涉及单吊装和多吊装机制的可变电缆以及不同的操纵时间。模拟结果在实验室用起重机上进行了实验验证。结果表明,所提出的输入贝塞尔曲线整形器提供了一种有效,可靠和实用的技术,可用于有效载荷运输过程。此外,所提出的方法可以生成不对称的加减速运动,而使用现有的更平滑的命令则无法实现。讨论了几种情况,包括固定电缆长度,涉及单吊装和多吊装机制的可变电缆以及不同的操纵时间。模拟结果在实验室用起重机上进行了实验验证。结果表明,所提出的输入贝塞尔曲线整形器提供了一种有效,可靠和实用的技术,可用于有效载荷运输过程。此外,所提出的方法可以生成不对称的加减速运动,而使用现有的更平滑的命令则无法实现。可靠,实用的技术可用于有效载荷运输过程。此外,所提出的方法可以生成不对称的加减速运动,而使用现有的更平滑的命令则无法实现。可靠,实用的技术可用于有效载荷运输过程。此外,所提出的方法可以生成不对称的加减速运动,而使用现有的更平滑的命令则无法实现。

更新日期:2021-04-19
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