[發明專利]一種橋式起重機行走過程中的自動防擺控制方法

在審

• 申請號: 201710260814.2
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN106865416A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李勇剛;周舒清;陽春華;朱紅求;張瑋;胡嘯旭;馬蕾
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B66C13/06
• 分類號: B66C13/06;G06F17/50
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及起重機行走安全控制技術領域，更具體地，涉及一種橋式起重機行走過程中的自動防擺控制方法。

背景技術

橋式起重機是一種典型的非線性、強耦合及欠驅動系統，主要包括橋架、起升裝置、大車行車機構、小車架、小車行車機構、駕駛室及電氣部分，橋架一般由一根或兩根主梁以及兩端的端梁組成，且鋪設在固定的軌道上。橋式起重機具有負載能力強、操作靈活、節能顯著等優點，已經被廣泛地應用于多種現代化工業生產場所，比如工廠、車間、碼頭等，用來完成貨物的運送與集成加工等任務，可以減輕人工體力勞動，起著節省人力、提高生產率和促進生產的作用。

橋式起重機的任務是實現貨物的快速、準確、無大幅擺動點對點運送。然而，使用橋式起重機進行極板的運輸工作時，臺車的運動無疑會引起負載的擺動，這不僅會降低整體的效率，影響負載在落吊過程中的精確放置，還可能會使設備遭到破壞，極板之間相互碰撞發生危險，進而可能引發安全事故。因此為了保證貨物的平穩運輸，橋式起重機對于抑制搖擺有很高的要求。

在橋式起重機的實際運行中，主要期望目標有：其一是起重機的高效率運行和快速精準的定位：其二是在起重機運行過程中，負載的擺動盡可能的減小。一般在控制過程中，二者要求是相互制約的。在生產過程中，負載的擺動可能會造成安全隱患，所以為了抑制起重機負載的擺動，常常把起重機的速度限制在一定范圍內，在一定程度上降低了生產效率，目前起重機在運行速度和負載擺動方面難以達到一個平衡。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的橋式起重機行走過程中的自動防擺控制方法，該方法解決了現有橋式起重機在運輸過程中難以有效抑制負載擺動的問題，實現電解車間中的橋式起重機自動防擺控制。

根據本發明的技術方案，提供一種橋式起重機行走過程中的自動防擺控制方法，該方法包括：將基于橋式起重機特性參數建立的防擺控制模型的控制信號輸入起重機控制器，對橋式起重機行走過程中產生的負載擺動進行自動防擺。

作為上述技術方案的進一步改進方案，上述方法進一步包括：

S1：基于橋式起重機的特性參數，建立起重機數學模型；

S2：根據起重機數學模型，利用反推法建立防擺控制模型；

S3：將防擺控制模型的控制信號輸入起重機控制器，對橋式起重機行走過程中產生的負載擺動進行自動防擺。

作為上述技術方案的進一步改進方案，所述步驟S1中，分析橋式起重機的模型特性獲得相關參數，再通過拉格朗日方程獲得起重機的數學模型，其利用的拉格朗日方程普遍形式為：

其中，k＝1，2，…n，L為拉格朗日算子，T是質點系的動能，V是系統的勢能，q_k是質點系的一組廣義坐標，Q_k是質點系的廣義慣性力。

作為上述技術方案的進一步改進方案，基于橋式起重機抽象出來的系統模型是一個欠驅動的系統，即控制輸入數少于其自由度，模型較為復雜且為非線性，通過拉格朗日方程對起重機進行分析，其具體過程如下：

S11：依據起重機實際運行情況，建立橋式起重機的平面直角坐標系；

S12：依據建立的平面直角坐標系，分別得到起重機小車和負載的水平方向位移、豎直方向位移、水平速度和豎直速度；

小車在水平方向的位移為x_M＝x，那么水平速度為在垂直方向上的位移為y_M＝0，垂直速度也為負載在水平方向上的位移為x_m＝x+l sinθ，水平速度為負載在垂直方向上的位移為y_m＝l cosθ，垂直速度為

S13：基于水平速度和垂直速度，獲得系統的動能方程和重力勢能方程；系統的動能方程為系統的勢能方程為V＝E_p；

S14：依據系統動能方程和重力勢能方程，獲得拉格朗日算子方程L＝T-V；

S15：分別以橋式起重機的小車位移、負載角度、負載繩長為廣義坐標，并結合拉格朗日算子得到拉格朗日方程，從而得到起重機系統的防擺數學模型。

作為上述技術方案的進一步改進方案，所述步驟S2中，基于S1中所建立的起重機數學模型，運用反推法對橋式起重機進行防擺控制器設計，建立的防擺控制模型如下：