一種起重機(jī)防搖控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種控制方法，特別是設(shè)及一種起重機(jī)防搖控制方法，屬于起重機(jī)控 制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的提高，起重機(jī)作為物料搬運(yùn)的重要設(shè)備在現(xiàn) 代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，它的運(yùn)行性能將直接影響到整個(gè)生產(chǎn)過程的效率與安全 性。
[0003] 然而，起重機(jī)由于吊重慣性與懸索構(gòu)成的擺系統(tǒng)，因此在其運(yùn)行過程中，尤其是在 起動(dòng)和制動(dòng)階段，吊重會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，其擺動(dòng)幅度與加減速度成一定的比例關(guān)系，因此效率要 求越高的應(yīng)用場(chǎng)合，吊重的擺動(dòng)幅度也越大。
[0004] 目前，起重機(jī)的自動(dòng)化程度普遍不高，雖然國(guó)內(nèi)外也有一些具有一定自動(dòng)化程度 的起重機(jī)設(shè)備，但是由于起重機(jī)往往作業(yè)在諸如船廠、機(jī)械加工車間和建筑工地等非結(jié)構(gòu) 化的環(huán)境中，環(huán)境對(duì)現(xiàn)有大多數(shù)吊重消擺技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用帶來困難，起重機(jī)作業(yè)更多的還 需要依靠司機(jī)經(jīng)驗(yàn)，誤差難W控制。在起重機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)，平均有超過30%的時(shí)間浪費(fèi) 在起重機(jī)的對(duì)位上。此外，對(duì)海上作業(yè)的大型起重機(jī)設(shè)備來說，由于起重量大，運(yùn)行速度快 W及受風(fēng)浪的作用，吊重?cái)[動(dòng)問題更加突出，一旦發(fā)生與結(jié)構(gòu)物的碰撞，將引發(fā)災(zāi)難性的后 果，所W對(duì)裝卸作業(yè)平穩(wěn)性及安全性提出了更高的要求。一般來說，海況等級(jí)達(dá)到3級(jí)時(shí)， 吊重?cái)[動(dòng)幅度所引起的危險(xiǎn)性將直接導(dǎo)致海上作業(yè)的大型起重機(jī)不得不停止作業(yè)。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，我國(guó)東海適合起重機(jī)安全作業(yè)的時(shí)間僅占總數(shù)的34%，而在國(guó)外，北海適合起重機(jī)安全 作業(yè)的時(shí)間也不到總時(shí)間的一半。
[0005] 因此近些年來，發(fā)展出起重機(jī)消擺實(shí)用開環(huán)控制技術(shù)，其主要有：輸入指令濾波、 輸入指令整形控制等。
[0006] 但是，現(xiàn)有許多快速有效的輸入整形控制器，是在系統(tǒng)執(zhí)行元件輸入規(guī)劃中引入 開關(guān)函數(shù)，其頻繁的開關(guān)操作將引起執(zhí)行元件發(fā)生抖動(dòng)；運(yùn)些抖動(dòng)是執(zhí)行元件能量沖擊的 表現(xiàn)，對(duì)執(zhí)行元件的性能和使用壽命是不利的因素。如果電機(jī)工作在頻繁啟停模式，由于 浪涌電流的作用，所W其對(duì)電機(jī)的性能和使用壽命是顯著的缺點(diǎn)。當(dāng)?shù)谝淮螁?dòng)時(shí)，浪涌電 流、輸入浪涌和開關(guān)浪涌，被定義為電氣設(shè)備的最大瞬態(tài)電流。交流電動(dòng)機(jī)和變壓器在啟動(dòng) 的幾個(gè)周期，瞬態(tài)電流是正常滿負(fù)荷電流的幾倍，由于高浪涌電流的存在，過流保護(hù)裝置的 選擇就變得非常復(fù)雜，既要保證對(duì)過載和短路的快速響應(yīng)，還必須保證設(shè)備能夠正常啟動(dòng)。
[0007] 因此瞬時(shí)過流對(duì)所有電器設(shè)備都是有害的，尤其是電機(jī)。在一個(gè)電路中的突然變 化，大量的能量?jī)?chǔ)存在電感或電容中，運(yùn)些能量W-種高幅值短上升時(shí)間波的形式在電路 中傳播。眾所周知，峰值電流或電壓的上升將破壞電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣性能，通常對(duì)一些回轉(zhuǎn) 電機(jī)要求補(bǔ)充浪涌保護(hù)防止瞬間過流對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的破壞，其中一種方法就是加入電容濾波 器，電容可W增加上升時(shí)間防止浪涌快速增長(zhǎng)。然而電容濾波器并不能限制浪涌的幅值，需 要放電管來限制過壓的幅值。由于引入了額外的浪涌保護(hù)裝置，電機(jī)的特性和電機(jī)操作的 浪涌環(huán)境需要進(jìn)一步分析，還要考慮引入額外保護(hù)裝置的經(jīng)濟(jì)影響。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)平滑過渡，現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計(jì)了一些平滑命令規(guī)劃，如S曲線、=角函數(shù)、 高斯曲線和凸輪多項(xiàng)式曲線等，運(yùn)些規(guī)劃可W提供低通濾波效果，進(jìn)而可W降低殘余擺動(dòng)， 但是運(yùn)些規(guī)劃曲線將增加響應(yīng)的上升時(shí)間，降低運(yùn)行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種起重機(jī)防搖控制方法， 對(duì)起重機(jī)采用余弦函數(shù)進(jìn)行吊臂加速，抑制了執(zhí)行元件頻繁啟停過程中能量沖擊，根據(jù)起 重機(jī)操作者操作的吊臂運(yùn)行加速度幅值和輸入整形控制器頻率得出加速度，將加速度作為 輸入信號(hào)輸入整形控制器，對(duì)起重機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制，在吊臂加速完成時(shí)實(shí)現(xiàn)吊重殘余擺動(dòng) 為0,實(shí)現(xiàn)消擺，提高了起重機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，同時(shí)減少了執(zhí)行元件的能量沖擊。
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0011] 一種起重機(jī)防搖控制方法，根據(jù)起重機(jī)操作者操作的吊臂運(yùn)行加速度幅值和輸入 整形控制器頻率，計(jì)算出起重機(jī)的加速度；將加速度作為輸入信號(hào)輸入整形控制器，得到控 制信號(hào)；控制信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大單元進(jìn)而控制執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)吊臂加速后的吊重殘 余擺角Acs為0。
[0012] 其中，所述起重機(jī)的吊重?cái)[動(dòng)數(shù)學(xué)模型為B;所述加速度為.V(0，作為輸入信號(hào) 的加速度公式為
其中A是吊臂運(yùn)行加速度幅值，是輸入整形控制 器頻率，t為加速時(shí)間；
[001引根據(jù)公=部),'7,計(jì)算出吊重?cái)[角0 (t)，通過對(duì)吊重?cái)[角0 (t)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算出 吊重?cái)[角速度卸0，其中1為鋼絲繩的長(zhǎng)度；
[0014] 根據(jù)吊重?cái)[角0 (t)、吊重?cái)[角速度接併、:W及當(dāng)起重機(jī)操作者操作吊臂經(jīng)加速 時(shí)間t進(jìn)行加速后的吊重殘余擺動(dòng)幅值計(jì)算公式
計(jì)算出輸入整形控 制器頻率《。，其中《。為吊重?cái)[動(dòng)自然頻率；所述吊重?cái)[動(dòng)自然頻率邱=_^，可得出 /=:早； 巧!-
[0015] 根據(jù)和吊臂經(jīng)加速時(shí)間t加速完成后吊臂速度V，計(jì)算出吊臂運(yùn)行加速度幅值 A，從而計(jì)算出起重機(jī)的加速度V(〇。
[001引進(jìn)一步的：所述起重機(jī)的吊重?cái)[動(dòng)數(shù)學(xué)模型6為如)十2^;-巧,6?(0 +巧鄭0，其中;為阻尼比；根據(jù)與沒巧辨食灼+讀詩(shī)沿穿辯"，計(jì)算出吊重?cái)[角0 (t)。
[0017]進(jìn)一步的：當(dāng)阻尼比時(shí)，睪
后，吊 重?cái)[動(dòng)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化后得計(jì)算公式3
[001引所述加速度部）=|^(l+cos(識(shí)巧）中的加速時(shí)間t選擇一個(gè)輸入整形周 期，即t=0~231/0。，對(duì)辦）在加速時(shí)間t內(nèi)進(jìn)行積分得出加速完成后吊臂速度
從而可W根據(jù)起重機(jī)操作者的吊臂速度求出吊臂運(yùn)行加速度幅值A(chǔ) =V0c/ 31 ;
[0019] 將輸入信號(hào)加速度.邸）=+cos(巧0)代入吊重?cái)[動(dòng)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化后的計(jì)算公 式得
，通過對(duì)計(jì)算公式運(yùn)一微分方程求解得出吊重?cái)[角 新'〇二:r-^--，TK巧/ -巧:）+ (巧'-2巧,:)cos(巧,0十巧/cos(巧，對(duì)吊重?cái)[角0(t)進(jìn)行 2各(巧，-巧.） 求導(dǎo)得出吊重?cái)[角速度研/)二''";-帖-.2fy,/)sin(w,,〇 +w"wsin(w〇]; 巧-化
[0020] 吊臂經(jīng)一個(gè)輸入整形周期加速完成后，即當(dāng)t= 231/0。=I時(shí)，吊重殘余擺動(dòng) 幅值為
[0021] 引入一個(gè)頻率系數(shù)C，用于表示輸入整形控制器頻率與吊重?cái)[動(dòng)自然頻率的比值， 良PC= ?c/?n;
[0022] 再將計(jì)算得的0(X)和麵巧代入Acs,則有
[002引當(dāng)￡. =^.或C=l/(n+l)n>0時(shí)，吊重殘余擺動(dòng)幅值為0,從而計(jì)算得出《c;[0024] 由計(jì)算得的代入A=VOc/jT計(jì)算得A，從而根據(jù)雌):=^(1+誠(chéng)球巧拂計(jì)算出 起重機(jī)的輸入信號(hào)加速度。
[00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：
[0026] 在起重機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)起重機(jī)采用余弦函數(shù)進(jìn)行吊重加速，抑制了執(zhí)行元件頻 繁啟停過程中能量沖擊，采用輸入整形原理對(duì)起重機(jī)的輸入信號(hào)進(jìn)行控制，在吊臂加速完 成時(shí)實(shí)現(xiàn)吊重殘余擺動(dòng)為0,實(shí)現(xiàn)消擺的同時(shí)大幅提高起重機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。
[0027]上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下 面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖