CN102175442B - 一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统，该系统包括实验装置和控制装置，所述实验装置主要包括主框架、桥吊模拟单元、桥吊大车模拟单元以及桥吊小车模拟单元；所述控制装置主要包括桥吊控制器、伺服驱动器、多通道数据采集器以及桥吊控制杆。本发明依据相似性原理进行整体结构设计，采用了多传动电机伺服控制技术和实时参数检测技术，通过对双吊具运行方式的模拟控制和双吊具摆角等参数的检测，从而拟实地研究双吊具桥吊的操作技术和定位控制方法。

Description

一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统

技术领域

本发明涉及到一种桥吊模拟试验系统，特别涉及到一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统。 

背景技术

双起升双吊具桥吊（包括岸桥和场桥）是一种新型港口集装箱起重设备，由于它具有两个可独立起升的吊具，一次可起吊二个40英尺或4个20英尺集装箱，相较于传统的单吊具桥吊，大幅提高了集装箱装卸效率，但是，这种大跨距双起升双吊具桥吊结构复杂，工作方式多样，给定位控制带来很大的难度。由于这种新型桥吊具有两个可以独立起升的吊具，传统的单吊具桥吊控制方法不适合于这种双吊具桥吊的控制。 

目前国内外广泛使用的集装箱桥吊大都是单吊具桥吊，对桥吊控制技术的研究也都是针对传统的单吊具桥吊开展的，已经有一些单吊具桥吊的物理实验装置，主要解决桥吊防摇定位控制方法的实验验证问题，不能够对真实桥吊的其它控制需求和运行模式进行模拟，比如，不能模拟桥吊多电机传动系统的协调控制方式、能模拟桥吊装卸运行操作方式等。特别地，迄今还没有用于双起升双吊具桥吊自动控制和模拟操作研究的实验装置和实验系统。 

综上所述，针对现有技术和装置的缺陷，特别需要一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统，以解决以上提到的问题。 

发明内容

本发明提供了一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统，依据双起升双吊具集装箱桥吊（岸桥和场桥）的结构特点、运行方式和作业要求，采用了7台交流伺服电机和双吊具摆角检测装置，可以真实地模拟双起升双吊具桥吊大车多电机协调运行和操作控制、双起升双吊具的操作运行、双吊具多电机的协调运行和操作控制，以及桥吊大车和小车的定位操作控制等，可以通过实验系统模拟各种双吊具桥吊操作方法，验证各种不同的控制策略和控制技术，研究双起升双吊具桥吊的防摇定位控制方法。 

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现： 

一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统，其特征在于，所述系统包括实验装置和控制装置，所述实验装置主要包括主框架、桥吊模拟单元、桥吊大车模拟单元以及桥吊小车模拟单元；所述控制装置主要包括桥吊控制器、伺服驱动器、多通道数据采集器以及桥吊控制杆。

在本发明的一个实施例中，所述主框架采用可拆卸的组合结构，包括底部框架和顶部框架，两者通过四根侧立柱连接固定，所述底部框架还设有四个定位轮，用于调节整个框架的水平状态。 

在本发明的一个实施例中，所述桥吊模拟单元包括两个吊具伺服驱动电机、减速机构、抱闸机构、编码器以及两个吊具机构；两个伺服驱动电机分别与对应的吊具相连接。 

在本发明的一个实施例中，所述桥吊大车模拟单元包括四台大车伺服驱动电机、减速机构、抱闸机构、编码器以及大车位置检测装置；其中，所述四台伺服驱动电机分别位于顶部框架的四个边角上，每台伺服驱动电机都安装有同步轮，前后方向的伺服驱动电机通过同步杆连接，左右方向的伺服驱动电机通过同步带连接。 

在本发明的一个实施例中，所述桥吊小车模拟单元包括一小车伺服驱动电机、减速机构、抱闸机构、编码器、小车位置检测装置以及双吊具摆角检测装置；其中，所述小车伺服驱动电机上安装有同步轮，通过同步带带动小车机构的平滑移动。 

进一步，所述伺服驱动电机为直流伺服驱动电机或交流伺服驱动电机。 

一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统的实验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 

1）在双起升双吊具桥吊实验系统工作之前，需要对大车、小车、双吊具这些涉及实验内容的部分进行标定和初始化，然后，按照操作要求给系统加电；

2）首先由桥吊操作杆给出桥吊实验系统大车/小车的运行指令，该指令传送到桥吊控制器，由桥吊控制器按照控制算法分解为一系列的控制序列，在第一个控制周期，第一个控制序列被发送到伺服驱动器，驱动桥吊实验系统相应的伺服电机运动，带动桥吊大车/小车的移动，桥吊移动的信息被检测到并被传送到多通道数据采集器，经过数据处理后，这些桥吊反馈信息送到桥吊控制器，根据桥吊控制律与桥吊控制序列进行比较、运算，得到了新的控制序列；

3）在第二个控制周期，将新的桥吊控制序列发送到伺服驱动器开始进行第二个周期的控制过程，这种控制循环不断进行，直到桥吊实验系统的大/小车、双吊具的摆角或其他实验指标达到，桥吊控制过程结束。

在本发明的一个实施例中，所述桥吊检测的信息包括各个伺服电机的转速、大/小车的位移、双吊具的位移、速度及摆角。 

本发明依据相似性原理进行整体结构设计，采用了多电机伺服控制技术和实时参数检测技术，通过对双吊具运行的模拟控制和吊具摆角等参数的检测，从而拟实地研究双吊具桥吊的操作技术和定位控制方法。  

附图说明

图1为本发明所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统的试验装置结构图； 

图2为本发明所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统的控制装置结构框图；

图中标号说明：底座框架1，侧立柱2，顶部框架3，定位轮4，大车伺服驱动电机5-8，小车伺服驱动电机9，吊具伺服驱动电机10-11，同步杆12-13，大车同步带14-15，大车滑道16-17，大车滑动承轴18，小车同步带19，小车滑道20，小车滑动承轴21，吊具摆角检测装置22，吊具23-24，同步轮25-26，大车位置检测装置27，小车位置检测装置28。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

本发明所述的一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统，它包括实验装置和控制装置两部分，其中实验装置主要包括主框架、桥吊模拟单元、桥吊大车模拟单元以及桥吊小车模拟单元。 

如图1所示，主框架由底座框架1和顶部框架3通过四根侧立柱2连接而成，整个主框架均采用可拆卸的组合结构，且在底部设有四个可以垂直升降的定位轮4，通过调节每个定位轮4的垂直升降来保证整个系统的处于水平状态；桥吊模拟单元主要包括两个吊具伺服驱动电机10和11、减速机构、抱闸、编码器以及两个吊具23和24，两个伺服驱动电机分别与对应的吊具相连接，既可以单独工作，又可以两个电机相互配合共同完成起吊作业；桥吊大车模拟单元包括四台大车伺服驱动电机5-8、减速机构、抱闸、编码器以及大车位置检测装置27，其中，大车位置检测装置27位于大车机构上，用于实时监测大车机构的位置，四台伺服驱动电机分别位于顶部框架的四个边角上，每台伺服驱动电机都安装有同步轮25，前后方向的伺服驱动电机通过同步杆12和同步杆13连接，根据实验要求，同步杆是可拆卸的，左右方向的伺服驱动电机通过同步带14和同步杆15连接，保证伺服电机的驱动力能够传送到大车结构，也可以用于双电机的同步协调试验研究；另外还设有大车滑道16和大车滑道17，配合大车滑动承轴18或是滑动轮可以保证大车机构在水平方向的顺利滑动；桥吊小车模拟单元包括一小车伺服驱动电机9、减速机构、抱闸机构、编码器、小车位置检测装置28以及吊具摆角检测装置22，其中，小车位置检测装置28和吊具摆角检测装置22位于小车机构上，负责实时监测小车机构的位置和吊具摆角状况，小车伺服驱动电机9上安装有同步轮26和同步带19，保证伺服电机的驱动力能够传送到小车结构，另外还设有小车滑动承轴21或是滑动轮，可以保证小车机构在小车滑道20上的顺利滑动；以上所述的伺服驱动电机既可以采用直流伺服驱动电机，也可以采用交流伺服驱动电机。 

如图2所示，本发明所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统的控制装置主要由桥吊控制器、伺服驱动器、多通道数据采集器以及桥吊操作杆组成；其中桥吊控制器负责接收并处理来自于多通道数据采集器的实时桥吊反馈信息，或根据桥吊操作杆的指令，向桥吊发出运行指令，该指令传送给伺服驱动器；桥吊控制器可以由工业控制计算机构成，也可以由单片机、嵌入式系统等构成，主要单元有CPU、I/O系统、通讯电路、内存单元、外存单元等。伺服驱动器是一种功率放大装置，根据伺服电机选择的不同，可以是直流驱动器或交流伺服放大器，其输出的能量供桥吊伺服电机运行。多通道数据采集器是一种实时信息采集处理装置，负责实时采集从桥吊实验装置传来的实时反馈信息，并将处理后的反馈信息发送到桥吊控制器；多通道数据采集器可以由高速数据采集卡、运动控制卡或其它采集信息处理电路构成。桥吊操作杆是一种可以根据桥吊操作要求由人工向桥吊实验装置发出运行指令的输入设备。桥吊操作杆可以是游戏杆、操纵手柄或鼠标等输入装置。 

下面以一种典型的桥吊操作实验为例解释本系统的工作过程: 

在双起升双吊具桥吊实验系统工作之前，需要对大车、小车、双吊具等涉及实验内容的部分进行标定和初始化（如设置标定点、初始位置、初始摆角、测量静态误差等），然后，按照操作要求给系统加电。

首先由桥吊操作杆给出桥吊实验系统大车/小车的运行指令，该指令传送到桥吊控制器，由桥吊控制器按照控制算法分解为一系列的控制序列，在第一个控制周期，第一个控制序列被发送到伺服驱动器，驱动桥吊实验系统相应的伺服电机运动，带动桥吊大车/小车的移动，桥吊移动的信息（包括各个伺服电机的转速、大/小车的位移、双吊具的位移、速度和摆角等）被检测到并被传送到多通道数据采集器，经过数据处理（如A/D转换、滤波等）后，这些桥吊反馈信息送到桥吊控制器，根据桥吊控制律与桥吊控制序列进行比较、运算，得到了新的控制序列，在第二个控制周期，将新的桥吊控制序列发送到伺服驱动器开始进行第二个周期的控制过程，这种控制循环不断进行，直到桥吊实验系统大/小车的位移、吊具的位移、速度或摆角等实验指标达到，桥吊控制过程结束。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 

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Claims (5)

1.一种双起升双吊具桥吊模拟试验系统，其特征在于，所述系统包括实验装置和控制装置，所述实验装置包括主框架、桥吊模拟单元、桥吊大车模拟单元以及桥吊小车模拟单元；所述控制装置主要包括桥吊控制器、伺服驱动器、多通道数据采集器以及桥吊控制杆；

所述桥吊模拟单元包括两个吊具伺服驱动电机、减速机构、抱闸机构、编码器以及两个吊具机构；两个吊具伺服驱动电机分别与对应的吊具机构相连接；

所述桥吊大车模拟单元包括四台大车伺服驱动电机、减速机构、抱闸机构、编码器以及大车位置检测装置；其中，所述大车伺服驱动电机分别位于主框架顶部的四个边角上，每台伺服驱动电机都安装有同步轮，前后方向的伺服驱动电机通过同步杆连接，左右方向的伺服驱动电机通过同步带连接；

所述桥吊小车模拟单元包括一小车伺服驱动电机、减速机构、抱闸机构、编码器、小车位置检测装置以及吊具摆角检测装置；其中，所述小车伺服驱动电机上安装有同步轮，通过同步带带动小车机构的平滑移动。

2.如权利要求1所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统，其特征在于，所述主框架采用可拆卸的组合结构，包括底座框架和顶部框架，两者通过四根侧立柱连接固定，所述底座框架还设有四个定位轮，用于调节所述主框架的水平状态。

3.如权利要求1所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统，其特征在于，所述伺服驱动电机为直流伺服驱动电机或交流伺服驱动电机。

4.如权利要求1所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统的工作方法，其特征在于，所述试验系统的工作方法如下：

1）在双起升双吊具桥吊试验系统工作之前，需要对大车、小车、双吊具这些涉及实验内容的部分进行标定和初始化，然后，按照操作要求给系统加电；

2）首先由桥吊操作杆给出桥吊试验系统大车/小车的运行指令，该指令传送到桥吊控制器，由桥吊控制器按照控制算法分解为一系列的控制序列，在第一个控制周期，第一个控制序列被发送到伺服驱动器，驱动桥吊试验系统相应的伺服电机运动，带动桥吊大车/小车的移动，桥吊移动的信息被检测到并被传送到多通道数据采集器，经过数据处理后发送到桥吊控制器，根据桥吊控制律与桥吊控制序列进行比较、运算，得到了新的控制序列；

3）在第二个控制周期，将新的桥吊控制序列发送到伺服驱动器开始不断重复步骤2）的控制过程，直到桥吊试验系统的大车/小车、吊具的摆角达到要求。

5.如权利要求4所述的双起升双吊具桥吊模拟试验系统的工作方法，其特征在于，所述桥吊移动的信息包括各个伺服电机的转速、大车/小车的位移、双吊具的摆角、双吊具的位移和速度。

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