[發明專利]面向臺車停車與負載消擺的橋式吊車緊急制動方法

有效

• 申請號: 201610159957.X
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105668422B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 方勇純;陳鶴;孫寧
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B66C13/18
• 分類號: B66C13/18;B66D5/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于非線性欠驅動機械系統自動控制的技術領域，特別是涉及一種著眼于橋式吊車臺車緊急制動與負載擺動抑制的吊車緊急制動方法。

背景技術

在工業生產過程中，為搬運較重的負載至其指定的位置，各種各樣的吊車系統均有著廣泛的應用，它們為工業任務的完成提供了很大的幫助。其中橋式吊車系統作為一種最常見的吊車系統，在工業生產中承擔著很重要的角色。對橋式吊車系統而言，無法直接對負載進行控制，而是通過臺車的運動拖動負載運動。這種設計降低了系統的成本，同時也增加了系統控制的難度，使得橋式吊車系統成為一種欠驅動系統^[1]。因此，一般來說，橋式吊車均由經驗豐富的工人操作，以避免出現負載擺動較大，導致危險的發生。但由于疲勞等原因引發誤操作，導致了人工操作的吊車系統事故頻發，對員工的人身安全以及工廠的工業生產都帶來了極大的影響?；谏鲜隹紤]，對橋式吊車系統自動控制方法的研究，有著極其重要的現實意義。

對橋式吊車系統而言，控制目標主要包括兩個方面，即快速精確的臺車定位以及負載擺動的抑制與消除。但由于橋式吊車系統的欠驅動特性，同時完成這兩方面的目標具有一定的難度，因此對該系統的自動控制方法的研究得到了廣泛的關注，并提出了大量有效的橋式吊車控制策略^[2-14]。如Singhose等人利用輸入整形的思想，為吊車設置相應的開環控制方法，可以在僅需要少量傳感器的前提下，得到較好吊車控制效果^[2-3]。孫寧等通過對橋式吊車系統能量的深入分析，提出了一系列基于無源性的控制策略，可以得到漸進穩定的控制效果，并有著很好的魯棒性^[4-5]。考慮吊車工作環境往往存在著不確定的各種干擾，一些學者將滑?？刂扑惴ǔ晒Φ貞迷跇蚴降踯囅到y上，能夠得到較好的控制效果，并對未知干擾有著一定的抑制作用^[6-8]。軌跡規劃方法著眼于為臺車規劃一條合理的曲線，并在規劃過程中考慮負載擺動抑制的要求，同樣可以得到較好的控制效果^[9-12]。近年來，為充分利用操作人員的操作經驗，一些學者提出了智能控制算法以控制吊車，如遺傳算法^[13]、模糊控制^[14]等，均可得到較好的控制效果。

如上所述，橋式吊車系統的自動控制問題已經得到了深入的研究，并取得了一系列的成果。但同時也可以看出，這些往往是針對吊車系統的運送所設計的自動控制算法。由于橋式吊車系統的工作環境往往比較復雜，可能會出現一些突發情況。為保證安全，當突發情況出現時，可能需要吊車系統緊急制動，避免發生類似碰撞之類的事故。據我們所知，現階段工業上所采用的橋式吊車系統，應對突發情況的緊急制動策略，往往是簡單的臺車抱閘制動。這種策略僅能保證臺車及時制動，無法對制動后的負載擺動進行控制與抑制。因此，極可能會引起較大幅度的負載擺動，同樣會導致類似碰撞的危險，造成一定的人員傷亡與財產損失。目前僅有少量對橋式吊車系統緊急制動的研究結果。馬博軍等提出了一種基于切換的吊車緊急制動算法，該方法將臺車制動與負載擺動抑制作為兩個步驟進行，但同樣無法抑制在臺車制動過程中可能發生的負載擺動，且由于切換的存在，整個制動的過程中控制量不連續，無法最大程度的保證安全性^[15]。

發明內容

本發明的目的是解決現有橋式吊車緊急制動算法存在的上述不足，提供一種面向臺車停車與負載消擺的橋式吊車緊急制動方法。

本發明致力于通過分析橋式吊車系統緊急制動的控制目標，提出了一種面向臺車停車與負載消擺的橋式吊車緊急制動方法，可實現臺車在安全位置前的快速制動，同時對臺車制動過程中的負載擺動進行有效的抑制，以最大程度的確保安全性，并將其應用于實際吊車平臺進行實驗，可極大地提高吊車系統應對緊急情況進行制動時的安全性。

本發明提供的面向臺車停車與負載消擺的橋式吊車緊急制動方法包括：

第1、確定系統的控制目標

選擇吊車系統臺車初始位置為x_i，正常運送的目標位置為x_d，緊急制動情況下的安全位置為λ，開始緊急制動時的臺車位置為x_b，則存在如下關系，即x_i＜x_b,x_b＜λ。系統的緊急制動控制目標包括兩個方面，一是臺車緊急制動，并保證制動過程中，臺車的位置不會超過安全位置λ；二是負載擺動抑制，即在臺車制動過程中，負載的擺動應得到有效的抑制，以保證系統的安全。

第2、設計緊急制動控制器