CN1043334C - 一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置 - Google Patents

Abstract

在一横行小车11的两侧布置有一对滑车组14，15，它们可以相对于横行小车移动。检测器31到38检测横行小车、卷扬物件23两侧和两滑车组14，15的移动状态量，同时在横行小车11的操作控制板39上装有一横向槽口驱动控制量检测器40、一个控制器根据从检测器31到38以及40获得的检测信号，进行物件卷扬设备的摇摆阻尼控制，一个优化控制单元根据按移动状态量和槽口驱动控制量所预定的优化增益K，用优化控制量执行摇摆阻尼控制。

Description

一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置

本发明涉及一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，而更详细地说，涉及一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，它用于举升大型物件的集装箱起重机一类所用物件卷扬设备。

图6示出一种用于常规集装箱起重机的卷扬物件阻尼装置的总体结构，而图7示出常规卷扬物件摇摆阻尼装置的工作情况。

如图6中所示，在未示出的起重机主梁上有一可以横向移动(在图6中可在由一侧到另一侧的方向移动)的横行小车11。横行小车上有一对轨道12和13，它们分别引导一对滑车组14和15，从而滑车组14和15可以平行于横行小车11的移动方向移动一段短的距离。横行小车11通过一金属线与装在横行小车11在其上移动的主梁(未示出)上的小车驱动器17相连接。滑车组14和15分别有滑车组驱动器18和19，用来驱动滑车组14和15。有一起重连接头22通过绕线20从横行小车11悬下。此起重连接头22将一集装箱23作为卷扬的物件提升。这里，如图6所示，起重连接头具有一检测标记21，用以检测所卷扬物件的摇摆。

在阻止这样一种物件卷扬装置的摇摆时，处在操作室中的操作人员，目视起重连接头22的运动，一般如下文所述用手来遥控作业。

那就是，在图6所示的状态，当小车驱动器17将横行小车11从左沿箭头2所示方向驱向右侧时，如果横行小车11的运动由等速横向移动状态变到减速移动状态，由起重连接头22所悬挂的卷扬物件23固有惯性面向右(前)摇摆，如图7(a)中箭头B所示。当操作室中的操作者看着起重连接头22上的检测标记21，觉察到了摇摆时，操作者便控制横行小车11，使其加速，如图7(b)中箭头r所示，以与所卷扬物件23的横向摇摆一致(在上述箭头B的方向)。另外，也可以开动滑车组驱动器18、19，控制两个滑车组14,15，使其向所卷扬物件23摇摆的同方向移动。此后，在小车完成某一程度的向前摆动后，操作者便尽力控制横行小车11，使其及时减速，或者他应控制滑车组14,15向与上述方向相反的方向移动，这样来阻尼物件以横向摇摆，使其停止。

在图6中所示的情况，如果，举例来说，所卷扬的构件23朝时针方向旋转，引起在一平面上箭头A所示的扭转摇摆，操作者又从检测标记21的运动觉察到，他开动驱动器18、19，使滑车组15向左移动(向箭头B所示的方向)，而使另一滑车组14向右移动(向箭头C所示的方向)，与扭转摇摆同步。为了对付所卷扬物件23反过来的摇摆，滑车组14,15可以并且应该被驱向与上述方向相反的方向，以减消扭转摇摆，使其停止。

在常规的卷扬物件摇摆阻尼装置，操作者是靠手来使摇摆停止的。这种装置有下述的一些问题。

那就是，如上所述，卷扬物件23的简单横向摇摆或简单扭转摇摆，诚然可由操作者靠将横行小车11加速和/或减速，或将滑车组14,15与起重连接头22的摇摆状态同步移动来减消和停止。但是，如果横向摇摆和扭转同时发生，从而使所卷扬物件以产生一种复杂的运动，要操作者巧妙地用手驱动横行小车11或滑车组14,15，对付好这种处境，便变得困难或实际上不可能。

一待卷扬物件23停止摇摆，滑车组必须靠力正常返回它们原来的位置，或者在横向，横行小车11的中间，以使两个(左和右)滑车组14和15可以朝横向任一方向移动，以为对付卷扬物件23的下一次摇摆作好准备。为了提高运送卷扬物件23的效率，横行小车11在其横向移动中必须以最高速度被驱动。当卷扬物件靠近其要卸下到地上的目标位置时，横行小车11应减速，以便停在目标位置，并接着须停在物件要卸下的目标位置。总而言之，除了卷扬物件23摇摆的阻尼控制以外，必须依照横向位置和情况，在同一时间里进行滑车组14和15的位置控制以及横行小车11的速度和/或位置控制。然而，因为常规摇摆阻尼操作是由操作者用手来进行的，控制操作即使对于技术熟练的操作人员来说，难度也是很大的。

本发明是为了解决上述问题的，因此本发明的一个目的是提供一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，它将阻尼卷扬物件摇摆的操作简化，并可以有把握地完成阻尼操作。

本发明的另一个目的是提供一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，

它可以实现阻尼的优化控制，并将复杂的卷扬物件摇摆阻尼操作自动化，尽快将卷扬物件的摇摆停止。

本发明还有一个目的，是提供一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，它可以显著减轻操作人员的工作量和减少阻尼摇摆所需的时间，从而提高卷扬物件的运送效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，用于物件起重设备中，这种起重设备具有一横行小车用来卷扬物件，和一对，或右和左，滑车组，它们沿上述横行小车的移动方向布置，与上述横行小车的侧边平行，并可相对于上述横行小车移动，这种卷扬物件摇摆阻尼控制装置包括：小车移动状态量检测器，用以检测横行小车的移动状态量；卷扬物件移动状态量检测器，用以检测被横行小车举升物件的右侧和左侧的移动状态量；滑车组移动状态量检测器，用以检测右侧和左侧滑车组的移动状态量，一槽口驱动控制量检测器，用以检测借助于一操作控制板控制的小车横向槽口驱动控制量；和一控制器，用以根据从检测器获得的检测信号来进行物件卷扬设备的摇摆阻尼控制，它是这样构成的，即控制器具有一优化控制单元，该单元在预先确定的摇摆阻尼优化增益的基础上，根据从上述检测器检测到的移动状态量和槽口驱动控制量，为卷扬物件确定优化控制量，并按照确定的优化控制量，驱动上述横行小车和上述滑车组，进行摇摆阻尼控制。

在本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置中，控制器包括：一个测定工作状态的单元，它根据所检测到的工作状态量信号和横行小车的槽口驱动控制量信号，检测横向小车的工作状态；一个工作状态分类优化增益选择单元，它按照由工作状态测定单元所检测到的工作状态，从若干预先确定的优化增益中，为摇摆阻尼选择一个工作状态分类优化增益；和一个优化控制单元，它根据从工作状态分类优化增益选择单元输出的优化增益，为卷扬物件确立优化控制量，并按照所确立的优化控制量驱动横行小车和滑车组，进行摇摆阻尼控制。

在本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置中，控制器包括：一个独立控制优化增益计算单元，它计算用控制卷扬物件横向摇摆和扭转摇摆的独立优化增益，两者是相互独立的，并将计算的优化增益输出；和一个用来进行摇摆阻尼控制的优化控制单元，它根据从独立控制优化增益计算单元输出的优化增益，确立卷扬物件的优化控制量并驱动横行小车来减消物件的横向摇摆，驱动左和右滑车组来减消物件的扭转摇摆，以进行摇摆阻尼控制。

在本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置中，控制器包括：一个独立控制优化增益计算单元，它计算用来控制卷扬物件横向摇摆和扭转摇摆的独立优化增益，两者是相互独立的，并将计算的优化增益输出；一个工作状态测定单元，它根据检测到的工作状态量信号和横行小车的槽口驱动控制量信号，检测横行小车的工作状态；一个工作状态分类优化增益选择单元，它根据工作状态测定单元所检测到的工作状态，选择一个预先确定的工作状态分类优化增益，或一个由独立控制优化增益计算单位所确立的工作状态分类优化增益，并将所选的增益输出；和一个优化控制单元，它根据由工作状态分类优化增益选择单元输出的优化增益，为卷扬物件确定优化控制量，并按照所确定的优化控制量驱动横行小车和滑车组，执行摇摆阻尼控制。

按照本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置，当集装箱起重机开动时，横行小车移动状态量检测器、左和右滑车组工作状态量检测器以及检测物件右侧和左侧运动的卷扬物件移动状态量检测器检测到移动状态量的检测信号，同时槽口驱动控制量检测器检测到操作量信号。这样检测到的信号被送到控制器中。在控制器中，按诸如在横行小车横向移动中、在为定位而减速时，或在停止状态时的横向摇摆和扭转摇摆的卷扬物件移动状态量，事先确定了一个摇摆阻尼的优化增益，于是优化控制单元，以在优化增益的基础上，按卷扬物件操作状态量所确定的优化控制量，驱动横行小车和滑车组，进行摇摆阻尼控制。

工作状态测定单元，根据从横行小车移动状态检测器和槽口驱动控制量检测器得到的信号，确定横行小车是处于什么状态，具体是横行小车行走的状态、小车为定位而被减速的状态或小车停止卷扬物件独自在摇摆的状态。所测得的信号被输出到工作状态分类优化增益选择单元。这工作状态分类优化增益选择单元，在收到所测得的信号时，选择预先按多种分类工作状态确立的优化增益之一，并将这样选出的优化增益输出给优化控制单元。优化控制单元在所选优化增益的基础上，根据卷扬物件的移动状态量，确立一个优化控制量，并以这样确立的优化控制量驱动横行小车和滑车组，执行摇摆阻尼控制。

独立控制优化增益计算单元，为阻尼卷扬物件的横向摇摆和扭转摇摆计算一个所需的优化增益，将其输出给优化控制单元。优化控制单元，根据阻尼横向摇摆的优化增益分量驱动横行小车，并根据阻尼扭转摇摆的优化增益分量驱动右和左滑车组，进行摇摆阻尼控制。

独立控制优化增益计算单元为衰减卷扬物件的横向摇摆和扭转摇摆计算所需的优化增益，将其输出给工作状态分类优化增益选择单元，而工作状态测定单元，根据从横行小车工作状态检测器和槽口驱动控制量检测器得来的信号，确定横行小车在何种状态，具体地是横行小车行走的状态、小车为定位而被减速的状态或小车停止只有卷扬物件独自在摇摆的状态，并将测得的信号输出给工作状态分类优化增益选择单元。工作状态分类优化增益选择单元，当收到这些测得的信号时，选择按工作状态分类的优化增益之一，并将其作为优化增益输出给优化控制单元。优化控制单元根据衰减横向摇摆的优化增益分量驱动横行小车，并根据衰减扭转摇摆的优化增益分量驱动左和右滑车组，进行摇摆阻尼控制。

图1是一结构示意图，示根据本发明的一个实施例的卷扬物件摇摆阻尼控制装置总体结构；

图2是一方框图，示控制装置的第一实施例；

图3是一方框图，示控制装置的第二实施例；

图4是一方框图，示控制装置的第三实施例；

图5是一方框图，示控制装置的第四实施例；

图6是一示意图，示一采用现有技术的集装箱起重机所用常规卷扬物件摇摆阻尼装置；

图7说明常规卷扬物件摇摆阻尼装置的工作情况。

下文参照图1到5详细说明本发明的几个实施例。

图1以示意方式表示根据本发明的一个实施例的卷扬物件摇摆阻尼控制装置总体结构。图2是一控制方框图，用来说明控制装置的第一实施例。在图1中，与图6中所示现有技术有同样功能的部件，其件号相同，因而不再赘述。

如图1中所示，在本实施例的卷扬物件摇摆阻尼控制装置中，横行小车11的小车驱动器17包括一位置或位移检测器31和一速度检测器32，它们是检测小车工作状态量的检测器。左滑车组14设有一位置或位移检测器33和一速度检测器34，它们是检测滑车组移动状态量的检测器。同样，右滑车组15设有一位置或位移检测器35和一速度检测器36。为了检测卷扬物件的移动状态，在横行小车11的左侧和右侧分别设有摇摆运动检测器37,38，以检查举升连接头22上检测标记21的运动，从而检测卷扬物件23的左侧和右侧摇摆位置或位移以及速度。此外，在起重机操作室中的横向操作控制板39上装有一横向槽口驱动控制量检测器40。

一控制器41接受从所有运动状态量检测器31到38来的以及从横向槽口驱动控制量检测器40来的检测信号(见图1和图2)，进行为平衡输入的工作状态量或减消卷扬物件23的摇摆量所需的优化控制量计算，并将控制指令信号输出给横行小车11的驱动器17以及左和右滑车组14,15的驱动器18,19。

控制器41，如图2中所示，具有一优化控制单元42，它根据在控制器41中预先计算和分开确立的摇摆阻尼的一个优化增益K，按照由检测器31到38以及40所提供的卷扬物件23运动状态量和横行小车的工作状态量，确定优化控制量，并借此控制横行小车11的驱动器17和两(左和右)滑车组14,15各自的驱动器18,19，从而进行优化阻尼。

现在说明用上述实施例的卷扬物件摇摆阻尼控制装置进行摇摆阻尼的具体操作过程。

1)首先，检测器31到38以及40检测横行小车11，滑车组14，15和卷扬物件23的运动状态量和横向槽口驱动控制量，并将测得的信号输出给控制器41。

2)其次，这些移动状态量和横向槽口驱动控制量，在计算优化摇摆阻尼控制的优化控制单元42中，用来计算横行小车11的速度指令u0和滑车组14,15的速度指令u1,u2，所用计算式〔1〕为：

u=K×X……    〔1〕

式中，“u”代表下文所示控制(操作)量的矢量，而(矩阵)元为横向小车11的速度指令u0、左滑车组14的速度指令u1和右滑车组15的速度指令u2，从左到右排列，更明晰些，“u”可以用下式〔2〕定义： $u=\left[\begin{array}{cc}u& 0\\ u& 1\\ u& 2\end{array}\right]---\left[\begin{array}{c}2\end{array}\right]$

状态量矢量“X”定义如下：

即，矩阵的元，从上到下排列，为横行小车的位置或位移X0和速度X1，左滑车组14的位置或位移X2的速度X3，右滑车组15的位置或位移X4和速度X5，卷扬物件23左侧的位置或位移X6和速度X7，卷扬物件23右侧的位置或位移X8和速度X9。明晰地，“X”可以用下式〔3〕表达： $x=\left[\begin{array}{cc}x& 0\\ x& 1\\ x& 2\\ x& 3\\ x& 4\\ x& 5\\ x& 6\\ x& 7\\ x& 8\\ x& 9\end{array}\right]---\left[\begin{array}{c}3\end{array}\right]$ 由下式〔4〕定义的3×10常数矩阵“K”代表一优化增益矩阵： $k=\left[\begin{array}{cccccccccc}k00& k01& k02& k03& k04& k05& k06& k07& k08& k09\\ k10& k11& k12& k13& k14& k15& k16& k17& k18& k19\\ k20& k21& k22& k23& k24& k25& k26& k27& k28& k29\end{array}\right]---\left[\begin{array}{c}4\end{array}\right]$

这里，作为优化增益的常数矩阵K应预先用下述程序计算。

(1)从横行小车11，两(左和右)滑车组14,15和卷扬物件23右侧和左侧摇摆运动的运动方程，导出式〔5〕所示的下式。状态方程是一性线微分方程，它用一横向和扭转运动的弹簧一质量系统来表示卷扬物件的摇摆。此处，对状态方程，包括其推导，不再详述。

X=A×X+B×u……    〔5〕

式中，u和X分别代表上述控制量矢量和状态量矢量，而A表示一个10×10常数矩阵，B表示一个10×3常数矩阵。

(2)对上面的状态方程〔5〕，确定一个在下式〔7〕中所定义的优化增益K，以使由下式〔6〕所定义的求值函数J取最小值。 $J={\∫}_o^{\∞}(x^T\×Q\×x+u^T\×R\×u)\mathrm{dt}---\[6\]$

                u=K×x    …[7]

式中，Q和R各代表10×10和3×10权矩阵。

这样，使求值函数最小，便可以确定优化增益K，以便用最小的控制量“u”，尽快将所有状态量“X”的矩阵元平衡或消除。

(3)根据由上述计算所确定的优化增益，优化控制单元计算与由检测器31到38和40所检测到的移动状态量和操作状态量相符的优化控制量。这样求得的优化控制量被输出到横行小车和两(左和右)个滑车组14和15的驱动器17,18,19，作为速度指令u0,u1和u2的控制指令信号，以进行卷扬物件23摇摆阻尼的优化控制。

图3示一控制方框图，代表本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第二实施例。

如图3中所示，在本实施例中，控制器51由下列单元组成：一个工作状态测定单元52，它接收从横向槽口驱动控制量检测器40、横向小车驱动器17的位置和速度检测器31和32送来的信号，测量横行小车11的工作状态，或横行小车是处在什么状态，具体地是，小车11是在被驱动的状态，小车11是在减速中间以在目标处停下的状态或小车是在定位后需要摇摆阻尼的状态，从而发送输出信号；一个工作状态分类优化增益选择单元53，它根据由工作状态测定单元52来的信号和预先对不同工作状态计算和确立的若干工作状态分类优化增益K₁,K₂和K₃，从工作状态分类优化增益K₁,K₂和K₃中为检测到的工作状态选择一个优化增益K；和一个优化控制单元54，它接收在工作状态分类优化增益选择单元53中选出的优化增益K，按照从检测器31到38和40输入来的运动状态量，确立优化控制量，靠横向小车11的驱动器，两(左和右)滑车组14,15各自的驱动器18,19，来进行摇摆阻尼的优化控制。

现在说明本实施例的控制器51所实现的具体摇摆阻尼过程。

1)工作状态测定单元52根据从横向槽口驱动控制量检测器40、横行小车驱动器17的位置和速度检测器31,32来的检测信号，测定横行小车11的工作状态。这时，如果操作者正在进行槽口驱动操作，或槽口驱动操作量不是零，单元52判断：卷扬物件23离物件要放下到地上的目标位置尚远，当槽口驱动操作量变得等于零时，单元52判断：物件走近目标位置，当槽口驱动操作量等于零并且横行小车位置信号表明物件23是在目标位置，横行速度等于零时，便判断物件23已到达目标位置。

2)工作状态分类优化增益选择单元53，按照在1)中测定的工作状态，从3个优化增益K₁,K₂和K₃中选择一个作为优化增益K。这里，优化增益K₁,K₂和K₃是按照第一实施例的2)中的步骤(1)和(2)所述同样的方法确定的，这时使用式〔8〕所示优化增益K₁,K₂,K₃3个各自的求值函数J₁,J₂和J₃。

从而，这样求得的3种优化增益，相应于J₁,J₂和J₃，分别区分为u₁,u₂和u₃。

式中，Q₁是一速度跟随型优化增益计算模式的权矩阵，在这种模式中操作者根据横行小车11的速度进行槽口驱动操作，而不影响横行小车的位置控制，Q₂是一位置控制型优化增益计算模式的权矩阵，在这种模式中，控制横行小车以到达目标位置，Q₃是一摇摆阻尼型优化增益计算模式的权矩阵，在这种模式中，单靠滑车组14和15进行横行小车11的定位和摇摆的阻尼。K是一常数矩阵，例如，可以是一单位矩阵。

权矩阵Q₁,Q₂,Q₃由下列矩阵〔9〕表示： $Q_1=\left[\begin{array}{ccccccccccc}0& & & & & & & & & & \\ & q& 1& & & & & & & & \\ & & q& 2& & & & & 0& & \\ & & & q& 3& & & & & & \\ & & & & q& 4& & & & & \\ & & & & & q& 5& & & & \\ & & & & & & q& 6& & & \\ & & 0& & & & & q& 7& & \\ & & & & & & & & q& 8& \\ & & & & & & & & & q& 9\end{array}\right]$ $Q_2=\left[\begin{array}{ccccccccccc}q& 0& & & & & & & & & \\ & q& 1& & & & & & & & \\ & & q& 2& & & & & 0& & \\ & & & q& 3& & & & & & \\ & & & & q& 4& & & & & \\ & & & & & q& 5& & & & \\ & & & & & & q& 6& & & \\ & & 0& & & & & q& 7& & \\ & & & & & & & & q& 8& \\ & & & & & & & & & q& 9\end{array}\right]$ $Q_3=\left[\begin{array}{ccccccccccc}0& & & & & & & & & & \\ & 0& & & & & & & & & \\ & & q& 2& & & & & 0& & \\ & & & q& 3& & & & & & \\ & & & & q& 4& & & & & \\ & & & & & q& 5& & & & \\ & & & & & & q& 6& & & \\ & & 0& & & & & q& 7& & \\ & & & & & & & & q& 8& \\ & & & & & & & & & q& 9\end{array}\right]$ ---[9]

3)工作状态分类优化增益选择单元是按以下所述进行优化增益K的选择的：

(a)如果物件离开目标地点尚远，将操作者进行槽口驱动操作的速度跟随型模式的优化增益K₁选为优化增益K。

(b)如果物件已移至目标地点的近处，将控制横行小车以到达目标地点的位置控制模式的优化增益K₂选为优化增益K。

(c)如果物件已定位于目标地点，将由滑车组14和15单独进行摇摆阻尼的摇摆阻尼模式的优化增益K₃选为优化增益K。

4)于是，和第一实施例中一样，由检测器31和38和40所测得的运动状态量和横向槽口驱动控制量被输出到控制器51中。

5)从所输入的工作状态，控制器51使优化控制单元54根据前述方程〔1〕进行摇摆阻尼优化控制的计算，以确定横行小车11的速度指令u0、滑车组14和15各自的速度指令u1和u2。

6)优化控制单元54，根据优化增益K，计算与由检测器31到38和40所测得的移运状态量和工作状态相符的优化控制量，并将所得到的优化控制量，作为速度指令u0,u1和u2的控制指令信号，输出给横行小车11和两个(左和右)滑车组14,15的驱动器17,18和19，这样，卷扬物件23便被优化控制，以停止摇摆。

从而，根据第二实施例中所说明的控制器51，可以消除常规结构的起重机在工作状态分类的确定中以及操作控制中所遇到的困难，其方法是由工作状态测定单元52测定横行小车的工作状态，使工作状态分类优化增益选择单元53可以按照横行小车11的工作状态，从速度跟随型、目标位置到达型和使用滑车组14和15的摇摆阻尼型中，为每一模式选出单独的优化增益K，并使优化控制单元54根据所选的优化增益K进行摇摆阻尼的优化控制。

图4示一控制方框图，它说明本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第三实施例。

如图4中所示，本发明的控制器61包括：一个优化增益计算单元62，用于独立控制横向摇摆和扭转摇摆，为的是计算优化增益，以便在相互分开阻尼横向摇摆和扭转摇摆时使用；和一个优化控制单元63、它根据在优化增益计算单元62为分开控制横向摇摆和扭转摇摆计算所得的优化增益来进行摇摆阻尼控制。当横向摇摆和扭转摇摆两者同时通过前述检测器31到38和40测得时，优化控制单元63，按照检测所得，在为分开控制横向摇摆和扭转摇摆由优化增益计算单元62所确立的优化增益基础上，确立为横向小车驱动器17衰减横向摇摆和两个(左和右)滑车组驱动器18和19衰减扭转摇摆分开的优化控制量，并借此分开进行阻尼控制。

现在说明本实施例的控制器61进行的摇摆阻尼的具体过程。

1)用于分开控制横向摇摆和扭转摇摆的优化增益计算单元62以下述方式计算一个优化增益：

(1)在上述状态方程〔5〕中，如果X被X=T×X′所替代，以进行模式转换，则可以得到下面的状态方程〔10〕，式中X′和T各表示一个新的状态量矢量和一个模式转换矩阵。

X′=A′×X′+B′×u    …〔10〕

式中，A′=T-1×A×T    B′=T-1×B $x\′=\left[\begin{array}{ccc}x& 0& \\ x& 1& \\ x& 2& \′\\ x& 3& \′\\ x& 4& \′\\ x& 5& \′\\ x& 6& \′\\ x& 7& \′\\ x& 8& \′\\ x& 9& \′\end{array}\right]$ $T=\left[\begin{array}{cccccccccccc}1& & & & & & & & & & & \\ & 1& & & & & & & & & & \\ & 1& 0& & 1& 0& & & & & 0& \\ & 0& 0& & 0& 0& & & & & & \\ & 1& 0& -& 1& 0& & & & & & \\ & 0& 1& 0& -& 1& & & & & & \\ & & & & & & 1& 0& & 1& 0& \\ & & 0& & & & 0& 1& & 0& 1& \\ & & & & & & 1& 0& -& 1& 0& \\ & & & & & & 0& 1& 0& -& 1& \end{array}\right]$

一言以蔽之，关于新的状态量矢量X′，导出一个新的状态方程，矢量X′的元为：按从上到下的顺序，X0和X1：横行小车u的位置或位移和速度；X2′和X3′：滑车组14,15的位置或位移和速度的横向分量；X4′和X5′：滑车组14,15的位置或位移和速度的扭转分量；X6′和X7′：卷扬物件23的位置或位移和速度的横向分量；X8′和X9′：卷扬物件23的位置或位移和速度的扭转分量。

(1)为上述状态方程〔10〕，确定在下列方程〔12〕中所定义的优化增益矩阵K＇，以使由下列方程〔11〕所定义的求值函数J取最小值。 $J=$ ${\∫}_o^{\∞}(x^{\′T}\×Q\×x^{\′}+u^T\×R\×u)$

u=K′×X′    …〔12〕

式中，Q和K分别表示10×10和3×3的权矩阵。明晰地，Q可以用下式表达： $Q=\left[\begin{array}{cccccccccccc}q& 0& & & & & & & & & & \\ & & q& 1& & & & & & & & \\ & & & q& 2& & & & & 0& & \\ & & & & q& 3& & & & & & \\ & & & & & q& 4& & & & & \\ & & & & & & q& 5& & & & \\ & & & & & & & q& 6& & & \\ & & 0& & & & & & q& 7& & \\ & & & & & & & & & q& 8& \\ & & & & & & & & & & q& 9\end{array}\right]$

这样，将求值函数J最小化，便可以确定增益优化矩阵K′，以最小的控制量，尽快平衡或消除状态量矩阵X′的所有的元或使其为零。

这里，为了达到摇摆阻尼的优化控制，应确定横行小车和滑车组工作的优化分配。这取决于上面方程〔11〕中出现的权矩阵Q的建立。

在横向行走中，卷扬物件23的摇摆在量上包括一大的横向摇摆运动，这是当卷扬物件被加速或减速时由惯性所引起的，还有一相对比横向摇摆运动小的扭转摇摆运动，这是由卷扬物件23的偏心等等所引起的。为了衰减较大的横向摇摆运动，应使用靠横行小车11的摇摆阻尼优化控制，因为滑车组14,15的运动只限于在横行小车11上的一个短行程，不能对付大的摇摆运动。在另一方面，为了衰减扭转摇摆运动，应使用靠滑车组14和15的摇摆阻尼优化控制，因为扭转摇摆相对较小，在理论上，横行小车的运动不能对付这种运动。

这种工作分配可以如下所述靠调整权矩阵Q的元，具体的是q2,q3,q4,q5：

元q2和q3是滑车组14,15的横向运动分量的权系数，如果这些元取得大，衰减横向摇摆运动所需的滑车组14和15的横向运动将受到限制，因此，只有小车11有助于控制横向摇摆运动的阻尼。

元q4和q5是滑车组14,15扭转运动分量的权系数，如果这两个元取得小，阻尼扭转摇摆运动所需的滑车组14和15的移动量可以保证在滑车组14和15的行程范围之内。此外，由于横向小车11在理论上不会引起扭转运动，只有滑车组会有效地控制扭转摇摆运动的阻尼。

(3)其次，将X=T^-1×X代入上面的方程〔12〕中，可以得到下面的方程〔13〕。这使得系统可以对反馈状态量X获得一个优化增益K=K′×T^-1。

u=K′×T^-1×X=K×X    …〔13〕

这样靠上述计算所得到的优化增益便作为一优化增益部分K确立下来。

2)于是，和第一实施例中一样，将由检测器31到38和40检测到的运动状态量和横向槽口驱动控制量输出给控制器61。

3)从输入的运动状态量和横向槽口驱动控制量，控制器61使优化控制单元63根据上述方程〔1〕进行摇摆阻尼优化控制的计算，以确定横行小车11的速度指令u0和两个(左和右)滑车组14和15各自的速度指令u1和u2。

4)优化控制单元63，根据优化增益K，计算与检测器31到38和40检测到的运动状态量和操作状态量相符的优化控制量，并将所得到的优化控制量作为速度指令u0,u1和u2的指令信号输出给横行小车11和两个(左和右)滑车组14和15的驱动器17,18和19，借此卷扬物件23被优化控制，以停止摇摆。

这样，有了在第三实施例中说明的控制器61，从检测器31到38和40得来的状态量矢量被乘以模式转换矩阵T^-1，以产生一个新的状态量矢量X′，在这矢量中，横向摇摆分量和扭转摇摆分量是分开的。这样，新产生的矢量被乘以优化增益K′，得到优化控制量矢量u。至于阻尼操作，优化控制单元是这样构成的，即横向摇摆分量是由横行小车11的驱动衰减的，而扭转摇摆分量是由滑车组14和15的驱动来衰减的。在现有技术的系统，操作者很难明确如何控制横行小车和/或滑车组14,15，但是这个实施例可以解决这一类的常规问题。

图5示一控制方框图，说明本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第四实施例。

如图5中所示，本实施例的控制器71把第二和第三实施例中所述控制器51和61的特点结合在一起。

具体地说，在控制器71中，一个优化控制单元72，在收到来自检测器31到38和40的检测信号后，建立优化控制量，它们总是由优化增益K得来，而优化增益则如在第二和第三实施例的控制器51和61中所进行的一样，是根据工作状态和摇摆模式(即横向摇摆运动和扭转摇摆运动)两者确定的。因这样确定的优化控制量，控制器71进行摇摆阻尼的控制。

现在说明本实施例的控制器71所进行的一个具体的摇摆阻尼过程。

1)和上述第三实施例中一样，优化增益计算单元62为分开控制横向摇摆和扭转摇摆，导出上述状态方程〔10〕。然后，和在第二实施例中所述一样，确定优化增益K₁,K₂和K₃，以使方程〔8〕所示上述3个求值函数J₁,J₂和J₃得以最小化。这里，权矩阵Q₁和Q₂和Q₃用在第二实施例中所示的。至于Q₁,Q₂,q₂,q₃,q₄和q₅应如第三实施例中所示进行调整，以致优化增益K₁和K₂可以使控制操作分开进行，即为横向摇摆对小车11的控制和为扭转摇摆对滑车组14,15的控制可以分开进行。

2)至于接下去的过程是和第二实施例中一样进行，详情从略。

这样，同第四实施例中所说的控制器71，从检测器31到38和40得来的状态量矢量X被乘以模式转换矩阵T-1，以产生一个新的状态量矢量X′，在这矢量中横向摇摆分量和扭转摇摆分量是分开的。这样新产生的矢量X′被乘以优化增益K′，得到一个优化控制量矢量u。至于阻尼操作，优化控制单元72是这样构成的，即横向摇摆分量是由横行小车11的驱动来衰减，而扭转摇摆分量是由滑车组14和15的驱动来衰减。在现用技术的系统，操作者很难明确如何控制横行小车11和/或滑车组14和15，但是本实施例可以解决这一类的常规问题。

此外，用工作状态测定单元52来测定横行小车11的工作状态，使工作状态分类优化增益选择单元得以按照横行小车11的工作状态，为从速度跟随模式、目标位置到达模式以及用滑车14和15的摇摆阻尼模式中选出的第一模式选择单独的优化增益K，并使优化控制单元72根据所选的优化增益K进行阻尼的优化控制，就可以消除在常规结构中工作状态分类确定和操作控制中的困难。

如在关于实施例的详细说明中所说，本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第一个特点是装有横行小车，它有一对滑车组，装在横行小车的两侧，并可以相对于横行小车移动，此外还包括：各种检测器，诸如检测横行小车移动状态量、检测卷扬物件右侧和左侧的移动状态量以及检测左和右滑车组的移动状态量的一些检测器；装在操作控制板上的横向槽口驱动量检测器；一个根据从检测器得来的检测信号进行物件卷扬设备的摇摆阻尼控制的控制器，这控制器是这样构成的，即它具有一优化控制单元，该单元按照从检测器检测到的移动状态量和槽口驱动控制量，以预先确立的摇摆阻尼优化增益为基础，为卷扬物件确立优化控制量，以所确立的优化控制量驱动横行小车和滑车组，来完成摇摆的阻尼控制。因此，借卷扬物件摇摆阻尼控制的自动化，可以有把握地建立对卷扬物件轻而易举的摇摆阻尼控制，而这在现用技术中是困难的。此外，可以实现摇摆阻尼优化控制，尽快地衰减卷扬物件的摇摆，阻止物件的摇摆。结果，操作者的工作量以及摇摆阻尼所需的时间均显著减少，从而可以提高卷扬物件的运送效率。

根据本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第二特点，控制器包括：一个工作状态测定单元，它根据工作状态量和横行小车槽口驱动控制量的检测信号，检测横行小车的工作状态；一个工作状态分类优化增益选择单元，它根据工作状态测定单元所检测到的工作状态，为摇摆阻尼选择一个工作状态分类优化增益；一个优化控制单元，它根据从工作状态分类优化增益单元输出的优化增益，为卷扬物件确立优化控制量，并靠按照确立的优化控制量驱动横行小车和滑车组，进行摇摆阻尼的控制。因此，靠确实测定小车的工作状态，确定是在横向行走状态、减速行走状态还是在停止状态以及所需要的摇摆阻尼操作，便可以确立一个优化增益，结果，可以简化工作状态和其操作控制的确定过程。

根据本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第三特点，控制器包括：一个独立控制优化增益计算单元，它计算用来控制卷扬物件横向摇摆和扭转摇摆的独立优化增益，两者相互分开；和一个进行摇摆阻尼控制的优化控制单元，它根据从独立控制优化增益计算单元输出的优化增益，为卷扬物件确立优化控制量，并靠驱动横行小车来衰减物件的横向摇摆，和驱动右和左滑车组来衰减物件的扭转摇摆，以进行摇摆阻尼控制。因此，可以将两者分开来衰减和阻止卷扬物件的横向摇摆和扭转摇摆，从而可以建立横行小车和滑车组驱动的适当控制，以进行摇摆的优化阻尼。

根据本发明的卷扬物件摇摆阻尼控制装置的第四特点，控制器包括：一个独立控制优化增益计算单元，它计算独立优化增益，用来控制卷扬物件的横向摇摆和扭转摇摆，两者相互分开，并将所计算的优化增益输出；一个工作状态测定单元，它根据工作状态量和横行小车的槽口驱动控制量的检测信号，测定横行小车的工作状态；一个工作状态分类优化增益选择单元，它根据工作状态测定单元所检测到的工作状态，选择一个预先确定的工作状态分类优化增益或由独立控制优化增益计算单元所确立的工作状态分类优化增益，并将所选择的增益输出；和一个优化控制单元，它根据从工作状态分类优化增益选择单元输出的优化增益，为卷扬物件确立优化控制量，并靠按照所确立的优化控制量驱动横行小车和滑车组，完成摇摆阻尼控制。因此，可以按照横行小车的工作状态和卷扬物件的摇摆状态，确立一个优化增益。结果，可以将工作状态及其操作控制的确定过程简化。此外，可以建立横行小车和滑车组驱动的适当的控制，以进行优化的摇摆阻尼。

Claims (3)

1．一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，用于物件起重设备中，这种起重设备具有一横行小车用来卷扬物件，和一对，或右和左，滑车组，它们沿上述横行小车的移动方向布置，与上述横行小车的侧边平行，并可相对于上述横行小车移动，这种卷扬物件摇摆阻尼控制装置包括：

小车移动状态量检测器，用来检测上述横行小车的移动状态量；

卷扬物件移动状态量检测器，用来检测由上述横行小车卷扬的物件右侧和左侧的移动状态量；

滑车组移动状态量检测器，用来检测上述右和左滑车组的移动状态量；

一槽口驱动控制量检测器，用来检测上述借助于一操作控制板控制的小车的横向槽口驱动控制量；

一控制器，用来根据从上述一些检测器得来的检测信号，进行上述物件卷扬设备的摇摆阻尼控制；上述控制器具有一优化控制单元，它根据由上述一些检测器检测到的移动状态量和槽口驱动控制量，在为摇摆阻尼所预先确定的优化增益的基础上，确立卷扬物件的优化控制量，并按照所确定的优化控制量驱动上述横行小车和上述滑车组，以执行摇摆阻尼控制，

所述卷扬物件摇摆阻尼控制装置的特征在于，上述控制器包括：一工作状态测定单元，它根据检测到的工作状态量和上述横行小车的槽口驱动控制量信号，测定上述横行小车的工作状态；一个工作状态分类优化增益选择单元，它根据由上述工作状态测定单元检测到的工作状态，在若干预先确定的优化增益中，为摇摆阻尼选择一个工作状态分类优化增益；和一个优化控制单元，它根据从上述工作状态分类优化增益选择单元输出的优化增益，为卷扬物件确立优化控制量，并按照所确立的优化控制量驱动上述横行小车和上述滑车组，以执行摇摆阻尼控制。

2．一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，用于物件起重设备中，这种起重设备具有一横行小车用来卷扬物件，和一对，或右和左，滑车组，它们沿上述横行小车的移动方向布置，与上述横行小车的侧边平行，并可相对于上述横行小车移动，这种卷扬物件摇摆阻尼控制装置包括：

小车移动状态量检测器，用来检测上述横行小车的移动状态量；

卷扬物件移动状态量检测器，用来检测由上述横行小车卷扬的物件右侧和左侧的移动状态量；

滑车组移动状态量检测器，用来检测上述右和左滑车组的移动状态量；

一槽口驱动控制量检测器，用来检测上述借助于一操作控制板控制的小车的横向槽口驱动控制量；

一控制器，用来根据从上述一些检测器得来的检测信号，进行上述物件卷扬设备的摇摆阻尼控制；上述控制器具有一优化控制单元，它根据由上述一些检测器检测到的移动状态量和槽口驱动控制量，在为摇摆阻尼所预先确定的优化增益的基础上，确立卷扬物件的优化控制量，并按照所确定的优化控制量驱动上述横行小车和上述滑车组，以执行摇摆阻尼控制，

所述卷扬物件摇摆阻尼控制装置的特征在于，控制器包括：一个独立控制优化增益计算单元，它计算用来控制卷扬物件横向摇摆和扭转摇摆的独立优化增益，两者是相互独立的，并将计算的优化增益输出；一个用于进行摇摆阻尼控制的优化控制单元，它根据从上述独立控制优化增益计算单元输出的优化增益，确立卷扬物件的优化控制量，并驱动上述横行小车来减消物件的横向摇摆和驱动上述右和左滑车组来减消物件的扭转摇摆，以执行摇摆阻尼控制。

3．一种卷扬物件摇摆阻尼控制装置，用于物件起重设备中，这种起重设备具有一横行小车用来卷扬物件，和一对，或右和左，滑车组，它们沿上述横行小车的移动方向布置，与上述横行小车的侧边平行，并可相对于上述横行小车移动，这种卷扬物件摇摆阻尼控制装置包括：

小车移动状态量检测器，用来检测上述横行小车的移动状态量；

卷扬物件移动状态量检测器，用来检测由上述横行小车卷扬的物件右侧和左侧的移动状态量；

滑车组移动状态量检测器，用来检测上述右和左滑车组的移动状态量；

一槽口驱动控制量检测器，用来检测上述借助于一操作控制板控制的小车的横向槽口驱动控制量；

一控制器，用来根据从上述一些检测器得来的检测信号，进行上述物件卷扬设备的摇摆阻尼控制；上述控制器具有一优化控制单元，它根据由上述一些检测器检测到的移动状态量和槽口驱动控制量，在为摇摆阻尼所预先确定的优化增益的基础上，确立卷扬物件的优化控制量，并按照所确定的优化控制量驱动上述横行小车和上述滑车组，以执行摇摆阻尼控制，

所述卷扬物件摇摆阻尼控制装置的特征在于，上述控制器包括：一个独立控制优化增益计算单元，它计算用来控制卷扬物件的横向摇摆和扭转摇摆的独立优化增益，两者相互独立，并将所计算的优化增益输出；一个工作状态测定单元，它根据检测到的工作状态量和上述横行小车的槽口驱动控制量信号，测定上述横行小车的工作状态；一个工作状态分类优化增益选择单元，它根据由上述工作状态测定单元所测定的工作状态，选择一个预先确定的工作状态分类优化增益，或一个由上述独立控制优化增益计算单元所确立的工作状态分类优化增益，并将所选的增益输出；一个优化控制单元，它根据从上述工作状态分类优化增益选择单元输出的优化增益，确立卷扬物件的优化控制量，并按照确立的优化控制量驱动上述横行小车和上述滑车组，以执行摇摆阻尼控制。

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