[發(fā)明專利]用于人工操作的橋式起重機(jī)吊鉤防搖控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610466835.5
• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN106115484B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳昊罡;周奇才;岳文翀;唐超雋;王睿;王璐;朱躍;劉玲錦
• 申請（專利權(quán)）人: 北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院
• 主分類號: B66C13/06
• 分類號: B66C13/06;B66C13/16
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工作機(jī)械控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于人工操作的橋式起重機(jī)吊鉤防搖控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化的重要工具和設(shè)備，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉(zhuǎn)等部門和場所。起重機(jī)在裝卸貨物時，由于大車、小車的速度變化以及外節(jié)干擾因素的影響，例如在煉鋼車間、核電廠、垃圾處理廠等無人工作環(huán)境中，使吊鉤產(chǎn)生前后、左右的來回?cái)[動，不但影響生產(chǎn)效率還存在一定的安全隱患。

實(shí)際應(yīng)用中，起重機(jī)操作員可以根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)利用起重機(jī)快速、安全地運(yùn)輸與裝卸貨。但是，起重機(jī)操作員達(dá)到能夠熟練操作起重機(jī)的水平需要較長周期的訓(xùn)練周期長，導(dǎo)致起重機(jī)操作員人才短缺。因此迫切要求出現(xiàn)橋式起重機(jī)的自動控制系統(tǒng)，以解決對起重機(jī)操作員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的過分依賴性，進(jìn)而提高工作效率。

基于上述原因，起重機(jī)制造商以及研究所將注意力轉(zhuǎn)移到研究橋式起重機(jī)的防搖技術(shù)，以期大車、小車運(yùn)行至目標(biāo)位置時吊鉤搖擺的偏角在限制范圍之內(nèi)，甚至在整個過程中都以小偏角運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地裝卸、起吊以及運(yùn)行貨物，進(jìn)而提升起重機(jī)的工作效率以及安全性。目前，應(yīng)用比較廣泛是是機(jī)械式的防搖方法，且大多設(shè)置在港口的集裝箱起重機(jī)上，對吊重起升或水平移動過程進(jìn)行防搖控制，原理大多側(cè)重于增加系統(tǒng)阻尼、利用多根鋼絲繩輔助來達(dá)到防搖目的。因此，機(jī)械式防搖方法往往具有非常復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，維修麻煩，不具泛用性和魯棒性。此外，由于需要在起重機(jī)上附加機(jī)械裝置，對起重機(jī)本身的結(jié)構(gòu)、性能可能會帶來不良影響，且機(jī)械裝置本身也面臨壽命、可靠性、維護(hù)等問題。閉環(huán)防搖系統(tǒng)的防搖效果較為可靠，魯棒性好，但需要在起重機(jī)上安裝檢測諸多變量的傳感器，需要許多外圍設(shè)備輔助實(shí)現(xiàn)。此外，控制系統(tǒng)相對開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜得多，系統(tǒng)維護(hù)困難，成本高昂。

目前，大多數(shù)的橋式起重機(jī)都是人工操作的。人工操作的橋式起重機(jī)是通過司機(jī)掛入速度檔位以指定大、小車目標(biāo)速度進(jìn)行控制的。因此，能夠精確控制大、小車運(yùn)行速度的防搖控制系統(tǒng)更適用于人工操作的橋式起重機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種用于人工操作的橋式起重機(jī)吊鉤防搖控制方法及系統(tǒng)，可以精確控制大車、小車運(yùn)行速度以及吊鉤的擺角。

第一方面，本發(fā)明提供了一種用于人工操作的橋式起重機(jī)吊鉤防搖控制方法，包括：

獲取大車或者小車的實(shí)際運(yùn)行速度以及目標(biāo)運(yùn)行速度；

根據(jù)所述實(shí)際運(yùn)行速度利用軟測量方法計(jì)算吊鉤擺角和吊鉤擺角速度；

根據(jù)所述吊鉤擺角和所述吊鉤擺角速度采用狀態(tài)反饋控制方法計(jì)算狀態(tài)反饋增益，以使大車或者小車的實(shí)際運(yùn)行速度為所述目標(biāo)運(yùn)行速度以及吊鉤擺角在誤差范圍內(nèi)。

可選地，所述狀態(tài)反饋控制方程采用以下步驟獲取：

建立橋式起重機(jī)的數(shù)學(xué)模型；

選取狀態(tài)變量，將所述橋式起重機(jī)的數(shù)學(xué)模型在狀態(tài)空間中表示；

獲取軟測量環(huán)節(jié)；

獲取狀態(tài)反饋并計(jì)算狀態(tài)反饋增益。

可選地，所述橋式起重機(jī)采用小車-吊重系統(tǒng)模型，運(yùn)動學(xué)方程為：

式中，表示小車或者大車的加速度；表示吊鉤擺角速度

獲取小車的實(shí)際運(yùn)行速度；

根據(jù)所述實(shí)際運(yùn)行速度結(jié)合預(yù)設(shè)模型計(jì)算吊鉤擺角以及吊鉤擺加角速度。

可選地，所述狀態(tài)反饋增益通過配置期望極點(diǎn)的方法計(jì)算。

可選地，所述期望極點(diǎn)包括2個閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)和1個遠(yuǎn)極點(diǎn)組成；其中，

2個閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)利用下式計(jì)算得到：

遠(yuǎn)極點(diǎn)利用下式計(jì)算得到：

式中，ζ表示阻尼比，取值范圍[0.7，0.9]；自然頻率t_a表示大車或者小車的加速時間。

可選地，所述橋式起重機(jī)的數(shù)學(xué)模型為吊點(diǎn)可移動的單擺模型。

可選地，所述吊鉤擺角的計(jì)算表達(dá)式為：

式中，θ(k)表示當(dāng)前的吊重?cái)[角；θ(k-1)表示上一次的吊重?cái)[角；θ(k-2)表示θ(k-1)上一次的吊重?cái)[角；l表示鋼絲繩長；g表示重力加速度；T表示變壓器的控制周期；v(k)表示傳感器當(dāng)前所測的小車的運(yùn)行速度；v(k-1)表示傳感器上一次所測的小車的運(yùn)行速度。

可選地，所述吊鉤擺角速度通過對所述吊鉤擺角微分得到。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種用于人工操作的橋式起重機(jī)吊鉤防搖控制系統(tǒng)，包括：