[發(fā)明專利]消除塔式起重機載荷擺動PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910018736.0
• 申請日: 2009-09-16
• 公開（公告）號: CN101659375A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董明曉;楊紅娟;陳繼文;徐書娟;胡長濤;朱翠蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號: B66C13/22
• 分類號: B66C13/22;B66C13/48
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，特別是一種基于時滯濾波理論(美國佐治亞理工學(xué)院稱為輸入整形理論)消除塔式起重機載荷擺動PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，這一控制系統(tǒng)能有效消除塔式起重機載荷擺動，實現(xiàn)無擺運輸載荷。屬于起重機控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

塔式起重機主要用于建筑工地，進行建筑材料的搬運、施工和安裝，隨著變頻調(diào)速技術(shù)在塔式起重機上的廣泛應(yīng)用，提高了塔式起重機的工作效率、安全性和可靠性。塔式起重機是通過變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動小車運行，載荷是通過起升鋼絲繩與小車連接，也就是說，塔式起重機是通過鋼絲繩移動載荷，鋼絲繩是撓性機械結(jié)構(gòu)，這使塔式起重機的動力學(xué)特性表現(xiàn)為非線性低頻振動特性。塔式起重機的運行機構(gòu)頻繁的起、制動引起載荷擺動，載荷擺動帶來如下危害：1)產(chǎn)生周期性的扭矩、彎矩和傾翻力矩，影響著塔式起重機的安全性和可靠性；2)延長輔助作業(yè)時間，降低了塔式起重機的工作效率；3)增大功率消耗；4)使塔式起重機難以實現(xiàn)自動取/卸載荷，阻止了自動化操作的進程。為此，本發(fā)明公開了一種基于塔式起重機動力學(xué)特性和時滯濾波理論的PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，有效消除載荷擺動，進一步提高了塔式起重機的工作效率、安全性和可靠性，為實現(xiàn)塔式起重機自動化操作提供了一套理論、方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)塔式起重機的動力學(xué)特性，基于時滯濾波理論，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作簡便的塔式起重機PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，為實現(xiàn)塔式起重機自動化操作、無擺運輸載荷提供了一套理論、方法和技術(shù)。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

根據(jù)塔式起重機三大運行機構(gòu)的動力學(xué)特性和載荷擺動特性，建立塔式起重機的慣性極坐標系、非慣性笛卡爾坐標系和非慣性球坐標系；根據(jù)Lagrange-Euler方程建立塔式起重機非線性動力學(xué)模型和線性化動力學(xué)模型；基于塔式起重機載荷擺動特性，應(yīng)用時滯濾波理論提出EI時滯濾波器，將這一時滯濾波器應(yīng)用于消除載荷擺動的控制系統(tǒng)中，開發(fā)出基于時滯濾波理論消除載荷擺動的PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。

塔式起重機結(jié)構(gòu)示意圖及坐標系統(tǒng)技術(shù)方案。塔式起重機是由變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和起升機構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。回轉(zhuǎn)塔式起重機通過起重臂的回轉(zhuǎn)運動和變幅小車沿著起重臂的移動來運輸載荷，根據(jù)這一運動特點，建立慣性極坐標系{e_ρ，e_ψ}，坐標原點取在塔身回轉(zhuǎn)中心線與起重臂回轉(zhuǎn)面交點處。載荷隨懸掛點運動的同時做空間擺運動，且擺長不斷變化，據(jù)此建立非慣性笛卡兒坐標系{i，j，k}和非慣性球坐標系{e_θ，e_φ，e_l}，坐標原點取在鋼絲繩的懸掛點處，隨變幅小車移動，并且與起重臂同步旋轉(zhuǎn)，坐標系統(tǒng)如圖2所示。

載荷懸掛點在極坐標系中的位置是(ρ，ψ)，ρ和ψ分別表示小車的位移和起重臂的回轉(zhuǎn)角度，載荷在非慣性球坐標系中的位置用三個廣義坐標(l，θ，φ)表示，l表示起升鋼絲繩的長度，φ表示起升鋼絲繩與x₁o₁z₁平面夾角，θ表示起升鋼絲繩在x₁o₁z₁平面投影與過載荷懸掛點鉛垂線的夾角。系統(tǒng)有5個參量，變幅小車運動速度或加速度起重臂回轉(zhuǎn)角速度或回轉(zhuǎn)角加速度載荷提升速度或提升加速度載荷擺動角度θ和φ，前三個量是控制量，后兩個量為被控制量。

塔式起重機非線性動力學(xué)模型技術(shù)方案。根據(jù)塔式起重機運行實際情況，給出如下假設(shè)和要求：(1)將鋼絲繩的質(zhì)量集中在吊鉤處；(2)起升鋼絲繩剛度足夠大，其長度變化忽略不計；(3)忽略空氣阻力。

設(shè)在圖2中x₁o₁y₁平面位置勢能為零，Lagrange函數(shù)為