[發(fā)明專利]一種橋式起重機(jī)行走過程中的自動防擺控制方法

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• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN106865416A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B66C13/06
• 分類號: B66C13/06;G06F17/50
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及起重機(jī)行走安全控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種橋式起重機(jī)行走過程中的自動防擺控制方法。

背景技術(shù)

橋式起重機(jī)是一種典型的非線性、強(qiáng)耦合及欠驅(qū)動系統(tǒng)，主要包括橋架、起升裝置、大車行車機(jī)構(gòu)、小車架、小車行車機(jī)構(gòu)、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(shè)在固定的軌道上。橋式起重機(jī)具有負(fù)載能力強(qiáng)、操作靈活、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于多種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)場所，比如工廠、車間、碼頭等，用來完成貨物的運(yùn)送與集成加工等任務(wù)，可以減輕人工體力勞動，起著節(jié)省人力、提高生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)的作用。

橋式起重機(jī)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)貨物的快速、準(zhǔn)確、無大幅擺動點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)送。然而，使用橋式起重機(jī)進(jìn)行極板的運(yùn)輸工作時，臺車的運(yùn)動無疑會引起負(fù)載的擺動，這不僅會降低整體的效率，影響負(fù)載在落吊過程中的精確放置，還可能會使設(shè)備遭到破壞，極板之間相互碰撞發(fā)生危險，進(jìn)而可能引發(fā)安全事故。因此為了保證貨物的平穩(wěn)運(yùn)輸，橋式起重機(jī)對于抑制搖擺有很高的要求。

在橋式起重機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，主要期望目標(biāo)有：其一是起重機(jī)的高效率運(yùn)行和快速精準(zhǔn)的定位：其二是在起重機(jī)運(yùn)行過程中，負(fù)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(chǎn)過程中，負(fù)載的擺動可能會造成安全隱患，所以為了抑制起重機(jī)負(fù)載的擺動，常常把起重機(jī)的速度限制在一定范圍內(nèi)，在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，目前起重機(jī)在運(yùn)行速度和負(fù)載擺動方面難以達(dá)到一個平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(jī)行走過程中的自動防擺控制方法，該方法解決了現(xiàn)有橋式起重機(jī)在運(yùn)輸過程中難以有效抑制負(fù)載擺動的問題，實(shí)現(xiàn)電解車間中的橋式起重機(jī)自動防擺控制。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，提供一種橋式起重機(jī)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(jī)特性參數(shù)建立的防擺控制模型的控制信號輸入起重機(jī)控制器，對橋式起重機(jī)行走過程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動進(jìn)行自動防擺。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，上述方法進(jìn)一步包括：

S1：基于橋式起重機(jī)的特性參數(shù)，建立起重機(jī)數(shù)學(xué)模型；

S2：根據(jù)起重機(jī)數(shù)學(xué)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(jī)控制器，對橋式起重機(jī)行走過程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動進(jìn)行自動防擺。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述步驟S1中，分析橋式起重機(jī)的模型特性獲得相關(guān)參數(shù)，再通過拉格朗日方程獲得起重機(jī)的數(shù)學(xué)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(zhì)點(diǎn)系的動能，V是系統(tǒng)的勢能，q_k是質(zhì)點(diǎn)系的一組廣義坐標(biāo)，Q_k是質(zhì)點(diǎn)系的廣義慣性力。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，基于橋式起重機(jī)抽象出來的系統(tǒng)模型是一個欠驅(qū)動的系統(tǒng)，即控制輸入數(shù)少于其自由度，模型較為復(fù)雜且為非線性，通過拉格朗日方程對起重機(jī)進(jìn)行分析，其具體過程如下：

S11：依據(jù)起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，建立橋式起重機(jī)的平面直角坐標(biāo)系；

S12：依據(jù)建立的平面直角坐標(biāo)系，分別得到起重機(jī)小車和負(fù)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(fù)載在水平方向上的位移為x_m＝x+l sinθ，水平速度為負(fù)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(tǒng)的動能方程和重力勢能方程；系統(tǒng)的動能方程為系統(tǒng)的勢能方程為V＝E_p；

S14：依據(jù)系統(tǒng)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(jī)的小車位移、負(fù)載角度、負(fù)載繩長為廣義坐標(biāo)，并結(jié)合拉格朗日算子得到拉格朗日方程，從而得到起重機(jī)系統(tǒng)的防擺數(shù)學(xué)模型。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述步驟S2中，基于S1中所建立的起重機(jī)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用反推法對橋式起重機(jī)進(jìn)行防擺控制器設(shè)計(jì)，建立的防擺控制模型如下：