[發(fā)明專利]一種雙擺橋式起重機(jī)的速度軌跡規(guī)劃消擺方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710153470.5
• 申請(qǐng)日: 2017-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN107826978B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)慧珉;胡金鑫;禹春敏;張廣明;王德明;梅磊;鄧歆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B66C13/06
• 分類號(hào): B66C13/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 奚銘

一種雙擺橋式起重機(jī)的速度軌跡規(guī)劃消擺方法，當(dāng)起重機(jī)負(fù)載為不規(guī)則形狀(分布式質(zhì)量)時(shí)，需將起重機(jī)模型看作雙擺起重機(jī)，雙擺起重機(jī)模型更接近實(shí)際生活。本方法主要思路為建立雙擺起重機(jī)線性化模型，與設(shè)定的速度軌跡規(guī)劃方程相結(jié)合，利用邊界條件求解出時(shí)間最優(yōu)的加減速時(shí)間參數(shù)，再控制小車跟蹤速度軌跡運(yùn)行，達(dá)到在無(wú)傳感器反饋條件下的雙擺橋式起重機(jī)消擺，從而使負(fù)載運(yùn)行到指定位置時(shí)，負(fù)載擺動(dòng)為零的同時(shí)時(shí)間最優(yōu)。本發(fā)明方法同時(shí)考慮抑制一級(jí)和二級(jí)兩個(gè)擺動(dòng)角度，但控制方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，能大大提高起重機(jī)工作效率，能夠有效避免因貨物擺動(dòng)而造成事故，在未來(lái)的運(yùn)輸行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于起重機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及數(shù)學(xué)建模、電機(jī)控制、機(jī)電一體化和傳感器等技術(shù)，以速度軌跡規(guī)劃和控制器設(shè)計(jì)為核心，基于電機(jī)控制的雙擺橋式起重機(jī)速度軌跡規(guī)劃消擺方法。

背景技術(shù)

在過(guò)去的幾十年間，為了便捷的運(yùn)送負(fù)載到達(dá)指定位置，橋式起重機(jī)被應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)所，例如工廠、礦山、港口、建筑工地等。起重機(jī)的有點(diǎn)不僅是能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能夠提高運(yùn)輸效率。然而，因?yàn)樘燔囋谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速或減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)負(fù)載到達(dá)指定位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生殘留擺動(dòng)，并且這種殘留擺動(dòng)是欠阻尼的，一旦殘留擺動(dòng)產(chǎn)生，響應(yīng)不能被迅速的終止。與此同時(shí)會(huì)降低工作效率、造成事故和人員傷亡。因此，能夠提出一種讓負(fù)載精確的運(yùn)送到期望位置，并且能夠快速抑制負(fù)載擺動(dòng)的方法是非常有必要的。

在大多數(shù)抑制負(fù)載擺動(dòng)方法的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)中，起重機(jī)掛鉤質(zhì)量被忽略，負(fù)載和掛鉤被看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。然而，當(dāng)掛鉤質(zhì)量大于負(fù)載質(zhì)量或負(fù)載具有分布式的質(zhì)量屬性，該負(fù)載擺動(dòng)應(yīng)被視為雙擺起重機(jī)系統(tǒng)：掛鉤以小車為中心擺動(dòng)，同時(shí)負(fù)載以掛鉤為中心擺動(dòng)，在這種兩級(jí)擺角情形下，起重機(jī)系統(tǒng)具有兩種不同的自然角頻率，防擺特性也變得更加復(fù)雜，大大增加了起重機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析和控制器的設(shè)計(jì)難度。

對(duì)于雙擺起重機(jī)系統(tǒng)，部分學(xué)者已經(jīng)提出了不同的控制方法。美國(guó)麻省理工學(xué)院的W.Seering,W.E Singhose等人在輸入延時(shí)比例疊加技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了輸入整形(Input Shaping)控制方法，將其運(yùn)用到雙擺起重機(jī)防擺中。德國(guó)約旦大學(xué)(GermanJordanian University)Ziyad N.Masoud等人為雙擺橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)了一種混合輸入整形策略，利用仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的優(yōu)越性。Maleki等人針對(duì)非線性桅桿式起重機(jī)設(shè)計(jì)出一種ZV輸入整形控制策略(MalekiE,Singhose W.Dynamics and control of a small-scale boom crane[J].ASME Journal of Computational and Nonlinear Dynamics,2011,6(3):1-8)，能夠抑制垂直方向和水平方向兩個(gè)維度的殘留擺動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性和輸入整形方法的有效性。韓國(guó)學(xué)者Tuan(Department of MechanicalEngineering,Kyung Hee University)等人針對(duì)雙擺橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)了一種分層滑模控制器，通過(guò)與傳統(tǒng)滑模控制器對(duì)比，該控制器具有更佳的控制性能。

上述閉環(huán)控制方法雖然具有一定的魯棒性和自適應(yīng)性，但是必須通過(guò)傳感器系統(tǒng)測(cè)量出負(fù)載角度和角速度信息來(lái)完成反饋。這些傳感器系統(tǒng)無(wú)疑增加了起重機(jī)的設(shè)計(jì)難度和成本，此外，在大多數(shù)情況下，角速度信息是很難被準(zhǔn)確的測(cè)量得到，特別是二級(jí)擺的角速度信息。因此，本發(fā)明方法提出速度軌跡生成方法，不僅能夠抑制雙擺殘留擺角，而且無(wú)需傳感器系統(tǒng)測(cè)量擺角信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)消除雙擺橋式起重機(jī)負(fù)載擺動(dòng)的控制方法，滿足雙擺橋式起重機(jī)對(duì)消除擺動(dòng)的需求。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種雙擺橋式起重機(jī)的速度軌跡規(guī)劃消擺方法，建立雙擺起重機(jī)模型，與設(shè)定的速度軌跡規(guī)劃方程相結(jié)合，利用邊界條件求解出時(shí)間最優(yōu)的加減速時(shí)間參數(shù)，再控制小車跟蹤速度軌跡運(yùn)行，達(dá)到在無(wú)傳感器反饋條件下的雙擺橋式起重機(jī)消擺，具體為：