[發明專利]一種基于負載口獨立控制的翻轉式吊卡控制方法

有效

• 申請號: 202010422592.1
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111594069B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉凱磊;李宇;康紹鵬;丁力;葉霞;單文桃;巢淵;程偉
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: E21B19/06
• 分類號: E21B19/06;E21B44/00
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 劉松

1.一種基于負載口獨立控制的翻轉式吊卡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：初始化，將系統進行初始化，檢查系統工作是否正常，如果不正常，不向下執行，并進行報警，如果正常，向下執行；

步驟2：參數設定，設定吊卡翻轉到位角度，設定手動翻轉最大速度，設定活門鎖閂打開最大速度，設定活門鎖閂關閉最大速度，設定角度位移轉化參數，設定幅值變換參數，設定專家PID控制參數；

步驟3：數據采集，控制器(5)通過操作箱(1)上的操作按鈕讀取操作信號，通過鎖閂關閉傳感器(2)讀取鎖閂關閉信號，通過管柱進入傳感器(3)讀取管柱進入信號，通過管柱鎖緊傳感器(4)讀取管柱鎖緊信號，通過位移傳感器(11)讀取翻轉液壓缸(8)的活塞桿伸出位移；

步驟4：手動/自動模式判斷，通過操作箱(1)上的手動/自動切換按鈕判斷是否為自動模式，若為手動模式，則進入步驟5.1；若為自動模式，則進入步驟5.2；

步驟5.1：手動模式，手動模式開啟后，進入步驟5.1.1；

步驟5.1.1：手動翻轉，按下操作箱(1)上的“上翻轉”按鈕，控制器(5)接收到操作箱(1)上的“上翻轉”按鈕的電壓信號，根據公式(1)將“上翻轉”按鈕的電壓信號轉換為向第一負載口獨立控制閥組(6)的四個比例閥的輸入電流值，第一兩位兩通常閉比例閥(601)、第二兩位兩通常閉比例閥(602)、第一兩位兩通常開比例閥(603)和第二兩位兩通常開比例閥(604)的電流值分別為0、I、0、I_max，進而驅動翻轉液壓缸(8)的活塞桿縮回運動，翻轉液壓缸(8)的活塞桿縮回運動，迫使翻轉式吊卡(20)向上翻轉，控制器(5)根據公式(2)，將位移傳感器(11)檢測到的翻轉液壓缸(8)活塞桿位移值d轉化為實時轉角，當達到設定的角度后，控制器(5)檢測到相應位移值d，認為達到設定的角度，并向角度到位指示燈(18)發出信號將其點亮，則進入步驟5.1.2；

式中，I為第一負載口獨立控制閥組(6)或第二負載口獨立控制閥組(7)的輸入電流值，u為操作箱(1)上的操作按鈕電壓信號，U為操作箱(1)上的操作按鈕最大電壓值，v為手動翻轉最大速度或活門鎖閂打開或活門鎖閂關閉最大速度，k為輸出電流與最大速度之間的比例系數；

式中，θ為翻轉式吊卡(20)的翻轉角度，α₁、α₂、l₁、l₂分別為吊臂(19)與翻轉式吊卡(20)的關節角度與長度，D為翻轉液壓缸(8)的缸壁長度，d翻轉液壓缸(8)的活塞桿位移；

步驟5.1.2：鎖閂、活門手動打開，當操作人員看到角度到位指示燈(18)亮起后，則按下操作箱(1)上的“活門、鎖閂打開”按鈕，控制器(5)接收到操作箱(1)上的“活門、鎖閂打開”按鈕的電壓信號，根據公式(1)將“活門、鎖閂打開”按鈕的電壓信號轉換為第二負載口獨立控制閥組(7)的四個比例閥的輸入電流值，第三兩位兩通常閉比例閥(701)、第四兩位兩通常閉比例閥(702)、第三兩位兩通常開比例閥(703)和第四兩位兩通常開比例閥(704)的電流值分別為0、I、0、I_max，進而通過液壓鎖(9)和順序閥組(10)控制鎖閂液壓缸(13)先動，活門液壓缸(12)后動，從而實現鎖閂先打開、活門后打開的順序動作，并進入步驟5.1.3；

步驟5.1.3：管柱自動進入，當鎖閂、活門先后打開后，管柱開始自動進入翻轉式吊卡(20)，當管柱觸碰到管柱進入傳感器(3)后，控制器(5)將采集到管柱進入信號，并向管柱進入指示燈(15)發出信號使其點亮，并進入步驟5.1.4；

步驟5.1.4：活門、鎖閂手動關閉，當操作人員看到管柱進入指示燈(15)亮起后，則按下操作箱上的“活門、鎖閂關閉”按鈕，控制器(5)接收到操作箱(1)上的“活門、鎖閂關閉”按鈕的電壓信號，根據公式(1)將“活門、鎖閂關閉”按鈕的電壓信號轉換為向第二負載口獨立控制閥組(7)的四個比例閥的輸入電流值，第三兩位兩通常閉比例閥(701)、第四兩位兩通常閉比例閥(702)、第三兩位兩通常開比例閥(703)、第四兩位兩通常開比例閥(704)的電流值分別為I、0、I_max、0，進而通過液壓鎖(9)和順序閥組(10)控制活門液壓缸(12)先動，鎖閂液壓缸(13)后動，從而實現活門先打開、鎖閂后打開的順序動作，并進入步驟5.1.5；

步驟5.1.5：鎖閂關閉指示燈(14)點亮，當鎖閂關閉后，將觸碰到鎖閂關閉傳感器(2)，控制器(5)將采集到鎖閂關閉信號，并向鎖閂關閉指示燈(14)發出信號使其點亮，并進入步驟5.1.6；

步驟5.1.6：管柱鎖緊檢測，活門、鎖閂關閉后，管柱已經完全進入到翻轉式吊卡(20)，待管柱鎖緊后，管柱將觸碰到管柱鎖緊傳感器(4)，控制器(5)如若檢測到管柱鎖緊信號，則向管柱鎖緊指示燈(16)發出信號使其點亮，當操作人員看到管柱鎖緊指示燈(16)亮起后，則進入步驟6；控制器(5)如沒有檢測到管柱鎖緊信號，則不向管柱鎖緊指示燈(16)發出信號，當操作人員沒有看到管柱鎖緊指示燈(16)亮起，則停止作業并進行檢修；

步驟5.2：自動模式，自動模式開啟后，進入步驟5.2.1；

步驟5.2.1：自動翻轉模塊，控制器(5)根據公式(2)，將位移傳感器(11)檢測到的翻轉液壓缸(8)活塞桿位移值d轉化為實時轉角，并根據設定的翻轉角度確定翻轉液壓缸(8)活塞桿目標位移值，目標位移值與通過位移傳感器(11)檢測到的實際位移值作差，并進行專家PID運算，如若運算后的值為正，則證明實際翻轉角度與設定翻轉角度有一定差距，需要向上翻轉，將運算后的值轉換為電流信號I，輸出給第二兩位兩通常閉比例閥(602)，將運算后的值進行幅值變換處理，若運算后的絕對值大于0時，則電流信號的幅值變為電流最大值I_max輸出給第一兩位兩通常開比例閥(603)，若運算后的絕對值等于0時，則電流信號的幅值變為0，則電流信號的幅值變為0輸出給第一兩位兩通常開比例閥(603)，第一兩位兩通常閉比例閥(601)的電流值為0，第二兩位兩通常開比例閥(604)的電流值為I_max，進而驅動翻轉液壓缸(8)的活塞桿縮回運動，翻轉液壓缸(8)的活塞桿縮回運動，迫使翻轉式吊卡(20)向上翻轉，從而減小實際翻轉角度與設定翻轉角度的差距；如若運算后的值為負，則證明實際翻轉角度超過了設定的翻轉角度，需要向下翻轉，將運算后的值轉換為電流信號I輸出給第一兩位兩通常閉比例閥(601)，將運算后的值進行幅值變換處理，若運算后的絕對值大于0時，則電流信號的幅值變為電流最大值I_max輸出給第二兩位兩通常開比例閥(604)，若運算后的絕對值等于0時，則電流信號的幅值變為0，則電流信號的幅值變為0輸出給第二兩位兩通常開比例閥(604)，第二兩位兩通常閉比例閥(602)的電流值為0，第一兩位兩通常開比例閥(603)的電流值為I_max，進而驅動翻轉液壓缸(8)的活塞桿伸出運動，翻轉液壓缸(8)的活塞桿伸出運動，迫使翻轉式吊卡(20)向下翻轉，從而反向減小實際翻轉角度與設定翻轉角度的差距；當控制器(5)通過位移傳感器(11)檢測到實際位移值等于設定位移值后，則分別第一兩位兩通常閉比例閥(601)、第二兩位兩通常閉比例閥(602)、第一兩位兩通常開比例閥(603)和第二兩位兩通常開比例閥(604)的輸入的電流值為0、0、I_max、I_max，從而將驅動翻轉液壓缸(8)的進出油路鎖死，停止翻轉，并進入步驟5.2.2；

步驟5.2.2：鎖閂、活門自動打開，當翻轉液壓缸(8)停止翻轉后，控制器(5)分別向第三兩位兩通常閉比例閥(701)、第四兩位兩通常閉比例閥(702)、第三兩位兩通常開比例閥(703)和第四兩位兩通常開比例閥(704)輸入的電流值為0、I_max、0、I_max，進而通過液壓鎖(9)和順序閥組(10)控制鎖閂液壓缸(13)先動，活門液壓缸(12)后動，從而實現鎖閂先打開、活門后打開的順序動作，并進入步驟5.2.3；

步驟5.2.3：管柱自動進入，當鎖閂、活門先后打開后，管柱開始自動進入翻轉式吊卡(20)，如若控制器(5)通過管柱進入傳感器(3)沒有檢測到管柱進入后，則繼續等待管柱進入；如若控制器(5)通過管柱進入傳感器(3)檢測到管柱進入后，進入步驟5.2.4；

步驟5.2.4：鎖閂、活門自動關閉模塊，當控制器(5)通過管柱進入傳感器(3)檢測到管柱進入信號，且通過鎖閂關閉傳感器(2)沒有檢測到鎖閂關閉時，控制器(5)分別向第三兩位兩通常閉比例閥(701)、第四兩位兩通常閉比例閥(702)、第三兩位兩通常開比例閥(703)和第四兩位兩通常開比例閥(704)輸入的電流值為I_max、0、I_max、0，進而通過液壓鎖(9)和順序閥組(10)控制活門液壓缸(12)先動，鎖閂液壓缸(13)后動，從而實現活門先打開、鎖閂后打開的順序動作，并進入步驟5.2.5；

步驟5.2.5：鎖閂關閉檢測，控制器(5)通過鎖閂關閉傳感器(2)沒有檢測到鎖閂關閉信號后，則繼續等待；如若檢測到鎖閂關閉信號，證明鎖閂完全關閉，并進入步驟5.2.6；

步驟5.2.6：管柱鎖緊檢測，活門、鎖閂關閉后，管柱已經完全進入到翻轉式吊卡(20)，待管柱鎖緊后，管柱將觸碰到管柱鎖緊傳感器(4)，控制器(5)如若檢測到管柱鎖緊信號，則向管柱鎖緊指示燈(16)發出信號使其點亮，進入步驟6；控制器如若有沒檢測到管柱鎖緊信號，則不向管柱鎖緊指示燈(16)發出信號，停止作業并進行檢修；

步驟6：吊卡作業完成，進入下一步作業。

2.根據權利要求1所述的一種基于負載口獨立控制的翻轉式吊卡控制方法，其特征在于，所述專家PID共分為五個區域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，e(k)為離散化的當前采樣時刻的誤差值，△e(k)為當前誤差變化率，M₁、M₂、ε分別誤差設定值，區域劃分原則如下：

區域Ⅰ：當∣e(k)∣M₁時，專家PID的輸出為u(k)＝u_max；

區域Ⅱ：當e(k)△e(k)0，且M₁∣e(k)∣≥M₂時，專家PID的輸出為u(k)＝u(k-1)+K_Pmax[e(k)-e(k-1)]，其中K_pmax為調節參數，其值盡量大；

區域Ⅲ：當e(k)△e(k)0，且M₂∣e(k)∣≥ε時，專家PID的輸出為u(k)＝u(k-1)+K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)，其中K_p、K_I為調節參數，其值適中；

區域Ⅳ：當e(k)△e(k)0，專家PID的輸出為u(k)＝u(k-1)，控制器(5)的輸出保持不變；

區域Ⅴ：當∣e(k)∣ε時，專家PID的輸出為u(k)＝u(k-1)+K_Ie(k)，其中K_I為調節參數，其值較小。