基于数字孪生的门式起重机防摇摆控制在线监测系统

来源：计算机集成制造系统杂志2026年第2期北京时间：

作者：贾晋三, 段宇轩, 陈一馨

单位：长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室

摘要：为解决门式起重机负载摆动问题,提高门式起重机的安全性和可靠性,实现起重机作业过程的实时监控和可视化,提出一种基于数字孪生的门式起重机防摇摆控制监测系统。建立了缩尺门式起重机实体模型、机理模型和高保真的虚拟孪生模型,完成了虚实映射和双向数据连接,实现了模型和数据双驱动下的虚实同步与融合。基于Unity3D和Simulink搭建了起重机防摇摆控制数模联动联合仿真平台,利用樽海鞘群算法(SSA)对位移与摆角PID控制器进行了参数整定。搭建了起重机数字孪生实时监控平台,实现了对其作业过程的实时监控、数字化监管和安全预警。实验结果表明,所设计的SSA-PID控制算法在小车速度、行驶时间和重物摆角控制方面优于模糊自适应PID控制(FPID)和梯形速度规划算法。与梯形速度规划算法相比,虽然吊重小车行驶时间增加27.99%,但负载的最大摆角、摆角平均值和最大振幅分别减少了32.08%、19.16%和43.53%;与FPID算法相比,SSA-PID算法使负载的最大摆角减少11.89%,最大振幅减少22.18%,同时使吊重小车行驶时间减少了33.64%。所设计的SSA-PID算法在精确定位和防摇摆中取得了较好的结果。

关键词：数字孪生,门式起重机,防摇摆控制,虚实映射,樽海鞘群算法

基金资助：陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2022JQ-576);河南省博士后科研项目一等资助项目(202001048)。