CN112520581B - 一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统,包括以下步骤：获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：当所述实际速度大于所述期望速度的A倍数时，所述大车的速度给定为0，当所述实际速度小于所述大车期望速度的B倍数时，所述大车的速度给定为1。本发明提供的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统，根据实际速度和期望速度的倍数关系对大车速度给定0或1，从而基于开关量控制的PID调节算法实现控制精度。

Description

一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统
技术领域
本发明涉及起重机大车运动控制领域，尤其涉及一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统。
背景技术
港口作业是指船舶进出港口进行调度、装卸货物、排除障碍等作业。港口作业基本上是以拖车、铲车、吊机等大型流动、固定机械等吊装系统为主要工具进行的。在港口的轮式起重机的运动控制中，由于系统的大滞后特性，大车的控制精度难以达到2cm以内。系统的大车电气特性具体表现为：在控制大车运动的电气设计中，由于存在继电器、接触器等导致系统存在大滞后特性的电气设备，使得系统在控制大车运动过程中出现“指令已发出，执行机构尚未动作；指令已停止，执行机构尚未停止”的现象，这会导致即使大车在最低速的控制模式下也难以实现大车控制精度达到2cm以内的目标。
因此有必要提供一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法，可以提高起重机大车运动控制的精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法，根据实际速度和期望速度的倍数关系对大车速度给定1或0，从而基于开关量控制的PID调节算法实现控制精度。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法,包括以下步骤：
获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；
获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；
所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：
其中，Vin是所述大车的速度给定，V0是所述大车的实际速度，Vr是所述大车的期望速度，当所述实际速度V0大于所述期望速度Vr的A倍数时，所述大车的速度给定Vin为0，当所述实际速度V0小于所述大车期望速度Vr的B倍数时，所述大车的速度给定Vin为1。
优选地，所述根据所述剩余位移设定大车的期望速度通过以下公式计算得出：
Vr＝P×S0+I×S0+D×(S0-S1)
其中，Vr是所述大车的期望速度，S0是所述大车距离目标位置的剩余位移，S1是所述大车上一时刻距离目标位置的剩余位移，P是比例参数，I是积分参数，D是微分参数。
优选地，所述积分参数I的值设置为0，所述公式简化为：
Vr＝P×S0+D×(S0-S1)
优选地，所述A的数值范围是105％-115％，所述B的数值范围是85％-95％。
优选地，当大车到达目标位置时，所述大车的速度给定为0，控制结束。
本发明为解决上述技术问题而还采用的技术方案是提供一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统，包括：期望速度设置模块，其用于获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；
大车速度获取模块，其用于获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；
大车速度控制模块，其用于控制所述大车的速度给定，所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：
其中，Vin是所述大车的速度给定，V0是所述大车的实际速度，Vr是所述大车的期望速度，当所述实际速度V0大于所述期望速度Vr的A倍数时，所述大车的速度给定Vin为0，当所述实际速度V0小于所述大车期望速度Vr的B倍数时，所述大车的速度给定Vin为1。
优选地，所述根据所述剩余位移设定大车的期望速度通过以下公式计算得出：
Vr＝P×S0+I×S0+D×(S0-S1)
其中，Vr是所述大车的期望速度，S0是所述大车距离目标位置的剩余位移，S1是所述大车上一时刻距离目标位置的剩余位移，P是比例参数，I是积分参数，D是微分参数。
优选地，所述积分参数r的值设置为0，所述公式简化为：
Vr＝P×S0+D×(S0-S1)
优选地，所述A的数值范围是105％-115％，所述B的数值范围是85％-95％。
优选地，当大车到达目标位置时，所述大车的速度给定为0，控制结束。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统，根据大车距离目标位置的剩余位移设定大车的期望速度，根据大车的实际速度，结合大车的期望速度给到大车的速度给定，根据实际速度和期望速度的倍数关系对大车速度给定0或1，一旦实际速度和期望速度满足预设的倍数关系，则快速调整大车速度给定为0或1，从而基于开关量控制的PID调节算法实现控制精度，该算法特别高效且运算量低，在实际测试中，该算法实现的控制精度可以达到1.5cm，解决了现有技术中大车定位控制精度无法达到2cm以内的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法的流程图；
图2为本发明实施例中提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统的模块图；
图3为本发明实施例中提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法的速度位置曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
在以下描述中，为了提供本发明的透彻理解，阐述了很多具体的细节。然而，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下实践，这对本领域普通该技术人员来说将是显而易见的。因此，具体的细节阐述仅仅是示例性的，具体的细节可以由奔放的精神和范围而变化并且仍被认为是在本发明的精神和范围内。
本实施例中的吊装系统可用于港口物流，所述吊装系统包括起重机，所述起重机包括但不限于轮胎吊、跨运车以及堆高车，下文以轮胎吊为例来说明本发明的吊装系统的自动纠偏控制方法的工作原理。
现在参看图1，图1是本发明实施例中提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法的流程。一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法，包括以下步骤：
S101：获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；
S102：获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；
S103：所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：
其中，Vin是所述大车的速度给定，V0是所述大车的实际速度，Vr是所述大车的期望速度，当所述实际速度V0大于所述期望速度Vr的A倍数时，所述大车的速度给定Vin为0，当所述实际速度V0小于所述大车期望速度Vr的B倍数时，所述大车的速度给定Vin为1。大车的实际速度通过速度传感器来获取，速度传感器可以包括磁电式车速传感器、霍尔式车速传感器或光电式车速传感器。
在具体实施中，所述根据所述剩余位移设定大车的期望速度通过以下公式计算得出：
Vr＝P×S0+I×S0+D×(S0-S1)
其中，Vr是所述大车的期望速度，S0是所述大车距离目标位置的剩余位移，S1是所述大车上一时刻距离目标位置的剩余位移，P是比例参数，I是积分参数，D是微分参数。大车距离目标位置的剩余位移通过设定目标位置的坐标以及大车当前的实际坐标位置来获取。
进一步地，所述积分参数I的值设置为0，所述公式简化为：
Vr＝P×S0+D×(S0-S1)
在具体实施中，所述A的数值范围是105％-115％，所述B的数值范围是85％-95％。也就是说，当所述实际速度V0大于所述期望速度Vr的105％-115％倍数时，所述大车的速度给定Vin为0，当所述实际速度V0小于所述大车期望速度Vr的85％-95％倍数时，所述大车的速度给定Vin为1。
最后，当大车到达目标位置时，所述大车的速度给定为0，控制结束。
现在参看图2，图2是本发明实施例中提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统的模块图。一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统，包括：期望速度设置模块201，其用于获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；大车速度获取模块202，其用于获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；大车速度控制模块203，其用于控制所述大车的速度给定，所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：
其中，Vin是所述大车的速度给定，V0是所述大车的实际速度，Vr是所述大车的期望速度，当所述实际速度V0大于所述期望速度Vr的A倍数时，所述大车的速度给定Vin为0，当所述实际速度V0小于所述大车期望速度Vr的B倍数时，所述大车的速度给定Vin为1。大车的实际速度通过速度传感器来获取，速度传感器可以包括磁电式车速传感器、霍尔式车速传感器或光电式车速传感器。
在具体实施中，所述根据所述剩余位移设定大车的期望速度通过以下公式计算得出：
Vr＝P×S0+I×S0+D×(S0-S1)
其中，Vr是所述大车的期望速度，S0是所述大车距离目标位置的剩余位移，S1是所述大车上一时刻距离目标位置的剩余位移，P是比例参数，I是积分参数，D是微分参数。大车距离目标位置的剩余位移通过设定目标位置的坐标以及大车当前的实际坐标位置来获取。
进一步地，所述积分参数I的值设置为0，所述公式简化为：
Vr＝P×S0+D×(S0-S1)
在具体实施中，所述A的数值范围是105％-115％，所述B的数值范围是85％-95％。也就是说，当所述实际速度V0大于所述期望速度Vr的105％-115％倍数时，所述大车的速度给定Vin为0，当所述实际速度V0小于所述大车期望速度Vr的85％-95％倍数时，所述大车的速度给定Vin为1。
最后，当大车到达目标位置时，所述大车的速度给定为0，控制结束。
现在参看图3，图3是本发明实施例中提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法的速度位置曲线示意图。图3的上图为大车速度曲线示意图，下图为大车位置曲线示意图。在具体实施中，获取大车距离目标位置的剩余位移之后，根据剩余位移设定大车的期望速度为2.0cm/s，通过速度传感器获取大车的实际速度，当实际速度到达2.0cm/s并超过2.1cm/s后，速度给定变为0，当实际速度低于1.9cm/s时，速度给定再次给1，如此根据大车的实际速度和期望速度的关系值，速度给定在1和0之间切换，直到当大车到达目标位置时，大车的速度给定为0，控制结束。
综上，本实施例提供的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法及系统，根据大车距离目标位置的剩余位移设定大车的期望速度，根据大车的实际速度，结合大车的期望速度给到大车的速度给定，根据实际速度和期望速度的倍数关系对大车速度给定0或1，一旦实际速度和期望速度满足预设的倍数关系，则快速调整大车速度给定为0或1，从而基于开关量控制的PID调节算法实现控制精度，该算法特别高效且运算量低，在实际测试中，该算法实现的控制精度可以达到1.5cm，解决了现有技术中大车定位控制精度无法达到2cm以内的问题。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；
获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；
所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：
，
其中，是所述大车的速度给定，/>是所述大车的实际速度，/>是所述大车的期望速度，当所述实际速度/>大于所述期望速度/>的A倍数时，所述大车的速度给定/>为0，当所述实际速度/>小于所述大车期望速度/>的B倍数时，所述大车的速度给定/>为1；
所述根据所述剩余位移设定大车的期望速度通过以下公式计算得出：
，
其中，是所述大车的期望速度，/>是所述大车距离目标位置的剩余位移，/>是所述大车上一时刻距离目标位置的剩余位移，/>是比例参数，/>是积分参数，/>是微分参数；
当大车到达目标位置时，所述大车的速度给定为0，控制结束。
2.根据权利要求1所述的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法，其特征在于，所述积分参数的值设置为0，所述公式简化为：
。
3.根据权利要求1所述的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的方法，其特征在于，所述A的数值范围是105%-115%，所述B的数值范围是85%-95%。
4.一种提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统，其特征在于，包括：
大车期望速度设置模块，其用于获取大车距离目标位置的剩余位移，根据所述剩余位移设定大车的期望速度；
大车速度获取模块，其用于获取所述大车的实际速度，结合所述大车的期望速度得到所述大车的速度给定；
所述大车的速度给定、所述大车的实际速度以及所述大车的期望速度的关系满足以下条件：
，
其中，是所述大车的速度给定，/>是所述大车的实际速度，/>是所述大车的期望速度，当所述实际速度/>大于所述期望速度/>的A倍数时，所述大车的速度给定/>为0，当所述实际速度/>小于所述大车期望速度/>的B倍数时，所述大车的速度给定/>为1；
所述根据所述剩余位移设定大车的期望速度通过以下公式计算得出：
，
其中，是所述大车的期望速度，/>是所述大车距离目标位置的剩余位移，/>是所述大车上一时刻距离目标位置的剩余位移，/>是比例参数，/>是积分参数，/>是微分参数；
当大车到达目标位置时，所述大车的速度给定为0，控制结束。
5.根据权利要求4所述的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统，其特征在于，所述积分参数的值设置为0，所述公式简化为：
。
6.根据权利要求4所述的提高轮胎式起重机大车运动控制精度的系统，其特征在于，所述A的数值范围是105%-115%，所述B的数值范围是85%-95%。
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