一種橋式起重機(jī)防搖控制方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種橋式起重機(jī)防搖控制方法和系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化的重要工 具和設(shè)備，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭W及物流周轉(zhuǎn)等部 口和場所。然而，起重機(jī)在裝卸貨物時(shí)，尤其是在煉鋼車間、核電廠、垃圾處理廠等無人工作 環(huán)境中，由于大車和/或小車的速度變化W及外節(jié)干擾因素的影響，使吊鉤產(chǎn)生前后、左右 的來回?cái)[動(dòng)，在影響生產(chǎn)效率的同時(shí)造成了一定的安全隱患。雖然依靠起重機(jī)操作員的實(shí) 際操作經(jīng)驗(yàn)可W實(shí)現(xiàn)貨物的安全運(yùn)輸和定位卸貨，但是由于熟練起重機(jī)操作員的訓(xùn)練周期 長和工作強(qiáng)度大等原因，使得工作效率的提高受到很大限制。因此迫切要求出現(xiàn)橋式起重 機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可W解決對(duì)操作員經(jīng)驗(yàn)的過分依賴性，從而大幅度的提高工作效率。在 運(yùn)樣的背景下，研究橋式起重機(jī)的防搖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地裝卸、起吊、運(yùn)行貨物成為了世界 范圍的起重機(jī)制造商和研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。優(yōu)良的橋式起重機(jī)防搖技術(shù)能夠保證 大車和/或小車運(yùn)行至目標(biāo)位置時(shí)吊鉤搖擺的偏角在限制范圍之內(nèi)，甚至在整個(gè)過程中都 W小偏角運(yùn)動(dòng)。運(yùn)樣一來，橋式起重機(jī)的工作效率得到了大大提升，在特殊工作環(huán)境下的安 全性也得到了保障。因此，研究橋式起重機(jī)的防搖技術(shù)非常有意義。
[0003] 橋式起重機(jī)的防搖控制策略經(jīng)歷了人工防搖、機(jī)械式防搖、電子式防搖等方法，電 子式防搖又分為開環(huán)和閉環(huán)兩大類。目前，在起重機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用得較廣的是機(jī)械式的防搖方 法。此外，開環(huán)、閉環(huán)策略也有一些應(yīng)用。現(xiàn)有的控制策略大多因外圍設(shè)備太多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 可靠性差，維修保養(yǎng)工作量大且價(jià)格昂貴等因素而無法推廣應(yīng)用。
[0004] 目前的機(jī)械式防搖裝置大多設(shè)置在港口的集裝箱起重機(jī)上，對(duì)吊重起升或水平移 動(dòng)過程進(jìn)行防搖控制，原理大多側(cè)重于增加系統(tǒng)阻尼、利用多根鋼絲繩輔助來達(dá)到防搖目 的。因此，機(jī)械式防搖方法往往具有非常復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，維修麻煩，不具泛用性和魯棒性。 此外，由于需要在起重機(jī)上附加機(jī)械裝置，對(duì)起重機(jī)本身的結(jié)構(gòu)、性能可能會(huì)帶來不良影 響，且機(jī)械裝置本身也面臨壽命、可靠性、維護(hù)等問題。
[0005] 閉環(huán)防搖系統(tǒng)的防搖效果較為可靠，魯棒性好，但需要在起重機(jī)上安裝檢測諸多 變量的傳感器，需要許多外圍設(shè)備輔助實(shí)現(xiàn)。此外，控制系統(tǒng)相對(duì)開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜得多，系統(tǒng) 維護(hù)困難，成本高昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何精確控制橋式起重機(jī)大車和/或小車的運(yùn)動(dòng)速 度，防止吊鉤搖擺。
[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種橋式起重機(jī)防搖控制方法和系統(tǒng)。
[000引第一方面，本發(fā)明提供一種橋式起重機(jī)防搖控制方法，包括：
[0009] 獲取橋式起重機(jī)大車和/或小車的運(yùn)行參數(shù)；
[0010] 根據(jù)大車和/或小車的運(yùn)行參數(shù)和速度曲線補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整其運(yùn)行速度曲線；
[0011] 根據(jù)調(diào)整后的速度曲線轉(zhuǎn)換起重機(jī)工作狀態(tài)。
[0012] 可選地，所述橋式起重機(jī)的運(yùn)行參數(shù)包括大車和/或小車的最優(yōu)運(yùn)行速度曲線、鋼 絲繩長、大車和/或小車的加速度值。
[0013] 可選地，所述速度曲線補(bǔ)償參數(shù)是通過遺傳算法或粒子群算法優(yōu)化選擇得到的。
[0014] 可選地，所述速度曲線補(bǔ)償參數(shù)是通過W下方法得到的：
[0015]確定進(jìn)化染色體基因；
[0016] 產(chǎn)生進(jìn)化種群；
[0017] 計(jì)算種群中吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0018] 判斷當(dāng)前吊鉤是否滿足預(yù)設(shè)條件，如果滿足則結(jié)束;如果不滿足則復(fù)制染色體基 因，執(zhí)行交叉、變異，返回生成新的種群，直至滿足預(yù)設(shè)條件。
[0019] 可選地，所述進(jìn)化染色體基因包括加速階段或減速階段大車和/或小車的加速度， 預(yù)先存儲(chǔ)的最優(yōu)速度曲線，大車和/或小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的時(shí)間點(diǎn)。
[0020] 可選地，所述計(jì)算種群中吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還包括對(duì)種群中每一個(gè)個(gè)體產(chǎn)生的速度 曲線進(jìn)行數(shù)值仿真的步驟：
[0021] 對(duì)種群中每一個(gè)個(gè)體產(chǎn)生的速度曲線按照數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值仿真，得到大車和/ 或小車達(dá)到終態(tài)時(shí)吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0022] 根據(jù)大車和/或小車達(dá)到終態(tài)時(shí)的吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從當(dāng)前群體個(gè)選出優(yōu)良的個(gè) 體。
[0023] 可選地，所述大車和/或小車的運(yùn)行速度曲線是通過W下方式調(diào)整的：
[0024] varn=varn'+FnL( AL)+FnL( AV)+Fna( Aa)+Fne( Δ 白)
[00巧]其中，varn表示調(diào)整后的最優(yōu)速度曲線，var ' η表示典型工況下的最優(yōu)速度曲線， FnL( A L)、Fnv( A V)、Fna( A a)、Fne( A Θ)分別表示最優(yōu)曲線第η個(gè)節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償參數(shù)與實(shí)際工況 下繩長偏差A(yù) L、速度偏差Δ V、加速度偏差Δ aW及吊鉤擺角偏差Δ Θ的補(bǔ)償計(jì)算關(guān)系，η為 自然數(shù)。
[00%]再一方面，本發(fā)明還提供一種橋式起重機(jī)防搖控制系統(tǒng)，包括：
[0027] 信息獲取單元，用于獲取大車和/或小車的運(yùn)行參數(shù)；
[0028] 速度控制單元，用于根據(jù)大車和/或小車的運(yùn)行參數(shù)和速度補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整運(yùn)行速 度曲線；
[0029] 執(zhí)行單元，用于根據(jù)調(diào)整后的速度曲線轉(zhuǎn)換起重機(jī)的工作狀態(tài)。
[0030] 可選地，所述速度控制單元還包括速度曲線參數(shù)優(yōu)化單元，用于通過遺傳算法或 粒子群算法對(duì)預(yù)先存儲(chǔ)的速度曲線補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
[0031] 可選地，所述速度控制單元還包括：
[0032] 大車和/或小車的運(yùn)行速度調(diào)整單元，用于通過W下方式調(diào)整大車和/或小車的運(yùn) 行速度曲線：
[0033] varn=varn'+FnL( AL)+FnL( AV)+Fna( Aa)+Fne( Δ 白)
[0034] 其中，varn表示調(diào)整后的最優(yōu)速度曲線，var ' η表示典型工況下的最優(yōu)速度曲線， FnL( A L)、Fnv( A V)、Fna( A a)、Fne( A Θ)分別表示最優(yōu)曲線第η個(gè)節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償參數(shù)與實(shí)際工況 下繩長偏差A(yù) L、速度偏差Δ V、加速度偏差Δ aW及吊鉤擺角偏差Δ θ的補(bǔ)償計(jì)算關(guān)系，η為 自然數(shù)。
[0035] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的橋式起重機(jī)防搖控制方法和系統(tǒng)，根據(jù)司機(jī) 指定的速度檔位，從存儲(chǔ)中讀取典型工況下的最優(yōu)速度曲線參數(shù);根據(jù)各個(gè)傳感器送來的 鋼絲繩長L、速度V與加速度a數(shù)值、W及狀態(tài)觀測器估計(jì)的吊鉤起始擺角計(jì)算修正最優(yōu)速度 曲線各個(gè)參數(shù);根據(jù)最優(yōu)速度曲線的參數(shù)，計(jì)算得出最優(yōu)速度曲線，并輸出。本發(fā)明此方法 為開環(huán)控制，因此系統(tǒng)精簡，無須安裝檢測擺角的相應(yīng)傳感器，較易實(shí)現(xiàn)，成本較低。此外， 采用針對(duì)各種工況離線優(yōu)化速度曲線的辦法，將復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)從控制中分離開來，減小 了對(duì)控制器的要求。針對(duì)司機(jī)在操作中隨時(shí)可能改變操作狀態(tài)的問題，采用了在操作改變 時(shí)動(dòng)態(tài)重新生成速度曲線的辦法，可W減少司機(jī)隨意操作對(duì)防搖效果的影響。本發(fā)明具有 很好的適應(yīng)性，只需要對(duì)大車和/或小車運(yùn)行的控制設(shè)備加入速度控制程序或者在變頻器 中加入防搖控制卡即可實(shí)現(xiàn)，無需添加其他設(shè)備，可用于目前大多數(shù)的橋式起重機(jī)中。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0037] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種橋式起重機(jī)防搖控制方法流程示意圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種小車最優(yōu)速度曲線示意圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中小車最優(yōu)運(yùn)行曲線的遺傳算法程示意圖；
[0040] 圖4本發(fā)明為一個(gè)實(shí)施例中控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖5本發(fā)明為一個(gè)實(shí)施例中系統(tǒng)簡化力學(xué)模型示意圖；
[0042] 圖6本發(fā)明為一個(gè)實(shí)施例中W速度作為輸入的Matlab數(shù)學(xué)模型示意圖；
[0043] 圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種橋式