CN107324213A - 一种实现无人天车微摆动控制的方法 - Google Patents

一种实现无人天车微摆动控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现无人天车微摆动控制的方法，用于冶金行业无人天车系统中，属于冶金自动控制技术领域。技术方案是：建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；通过对天车运行的坐标系分解，对天车摆角的坐标系分解，找出天车速度、加速度、运行方向与摆角方向的关系，通过对摆角在不同象限的投影分析和摆角角度检测，实现大车和小车的加速度比例增减，完成天车大车摆角控制和天车小车摆角控制，将复杂的天车摆角控制变成简单的天车速度控制。本发明有效解决了无人天车微摆动控制的问题，控制精度能够达到0.5°，为无人天车系统安全稳定运行提供了保障。

Description

一种实现无人天车微摆动控制的方法
技术领域
本发明涉及一种实现无人天车微摆动控制的方法，用于冶金行业无人天车系统中，属于冶金自动控制技术领域。
背景技术
无人天车采用先进的天车控制技术，对天车各个部件的运行参数提出了很高的要求。夹钳摆角是影响无人天车运行平稳性和工作效率的重要因素，因此，对无人天车夹钳摆角的控制尤为重要。例如：在动态取卷和放卷过程中，一般要求夹钳摆角能够控制在0.5度以内，否则将无法实现钢卷在库房内的精准码放。天车主钩摆角的产生原因是夹钳与天车卷扬机之间采用柔性连接，在天车变速运动过程中，由于惯性作用，夹钳的速度变化不可避免地会滞后于大车和小车的速度变化，因此如何消除这种速度变化的不同步，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种实现无人天车微摆动控制的方法，实现无人天车控制系统自动高精度的控制主钩摆角，缩短天车取放钢卷的作业时间，同时降低天车因主钩晃动出现急停的概率，从而大大的提高天车作业率，减少天车钢丝绳磨损和主钩惯性摆动，保护设备安全、产品安全和人员安全，解决背景技术中的存在的上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种实现无人天车微摆动控制的方法，包含如下步骤：
A：建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；
B、通过对天车运行的坐标系分解，对天车摆角的坐标系分解，找出天车速度、加速度、运行方向与摆角方向的关系，通过对摆角在不同象限的投影分析和摆角角度检测，实现大车和小车的加速度比例增减，完成天车大车摆角控制和天车小车摆角控制，将复杂的天车摆角控制变成简单的天车速度控制。
所述建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；包括以下步骤：
步骤S01：以天车HOME位为原点、大车前进方向为X轴正向、小车前进方向为Y轴正向建立平行于水平面的天车运行坐标系；以天车摆角仪中心点为原点，大车中心线为X轴，小车中心线为Y轴，建立天车摆角坐标系；
步骤S02：获取天车TO时刻的大车位置X0，小车位置Y0，大车速度VX0，小车速度VY0；
步骤S03：100ms后，获取天车T1时刻的大车位置X1，小车位置Y1，大车速度VX1，小车速度VY1；
步骤S04：根据X0到X1的位置变化计算天车大车运行方向，根据Y0到Y1的位置变化计算天车小车运行方向；
步骤S05：如果X1-X0>0，则大车正向运行，反之反向运行，如果X1=X0，没有故障情况，则大车停止；如果Y1-Y0>0，则小车正向运行，反之反向运行，如果Y1=Y0，没有故障情况，则小车停止；
步骤S06：根据VX0到VX1的速度变化，计算天车大车加速度aX=（VX1- VX0）/0.1s；根据VY0到VY1的速度变化，计算天车小车加速度aY=（VY1- VY0）/0.1s；
步骤S07：如果aX与大车运行方向相同，则大车正在加速，反之减速，如果aX=0，则大车匀速或停止；如果aY与小车运行方向相同，则小车正在加速，反之减速，如果aY=0，则小车匀速或停止；
步骤S08：通过天车上安装的摆角仪获取T0时刻主钩摆角角度θ，并分解成天车坐标系内的X轴摆角角度θX和Y轴摆角角度θY，同时定义夹钳投影在天车坐标系的第一象限内，θX和θY摆角值为正。
步骤S09：设立摆角控制区间，将θX和θY摆角分为5个档次，分别是：0-0.5°，0.5°-2°，2°-5°，5°-15°，大于15°，每个控制区间对应增加或减少的加速度比例依次为：0，2%，5%，15%，50%。
所述天车大车摆角控制，包括以下步骤：
步骤S11：当大车前进、加速度aX≥0，大车处于加速前进状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度高于天车大车速度，增加大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX增加的比例；
步骤S12：当大车前进、加速度aX≥0，大车处于加速前进状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度低于天车大车速度，减少大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX减少的比例；
步骤S13：当大车前进、加速度aX≤0，大车处于减速前进状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度高于天车大车速度，减少大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX的绝对值减少的比例；
步骤S14：当大车前进、加速度aX≤0，大车处于减速前进状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度低于天车大车速度，增加大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX的绝对值增加的比例；
步骤S15：当大车后退、加速度aX≥0，大车处于减速后退状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车大车速度绝对值，增加大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX增加的比例；
步骤S16：当大车后退、加速度aX≥0，大车处于减速后退状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车大车速度绝对值，减少大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX减少的比例；
步骤S17：当大车后退、加速度aX≤0，大车处于加速后退状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车大车速度绝对值，减少大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX减少的绝对值的比例；
步骤S18：当大车后退、加速度aX≤0，大车处于加速后退状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车大车速度绝对值，增加大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX增加的绝对值的比例；
所述天车小车摆角控制，包括以下步骤：
步骤S21：当小车前进、加速度aY≥0，小车处于加速前进状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度高于天车小车速度，增加小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY增加的比例；
步骤S22：当小车前进、加速度aY≥0，小车处于加速前进状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度低于天车小车速度，减少小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY减少的比例；
步骤S23：当小车前进、加速度aY≤0，小车处于减速前进状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度高于天车小车速度，减少小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY的绝对值减少的比例；
步骤S24：当小车前进、加速度aY≤0，小车处于减速前进状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度低于天车小车速度，增加小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY的绝对值增加的比例；
步骤S25：当小车后退、加速度aY≥0，小车处于减速后退状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车小车速度绝对值，增加小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY增加的比例；
步骤S26：当小车后退、加速度aY≥0，小车处于减速后退状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车小车速度绝对值，减少小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY减少的比例；
步骤S27：当小车后退、加速度aY≤0，小车处于加速后退状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车小车速度绝对值，减少小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY减少的绝对值的比例；
步骤S28：当小车后退、加速度aY≤0，小车处于加速后退状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车小车速度绝对值，增加小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY增加的绝对值的比例。
本发明的有益效果：本发明通过对天车运行的坐标系分解，天车摆角的坐标系分解，天车速度、加速度、运行方向、摆角方向的解析，将复杂的天车摆角控制变成简单的天车速度控制；通过对摆角在不同象限的投影分析和摆角角度检测，实现大车和小车的加速度比例增减。本发明有效解决了无人天车微摆动控制的问题，控制精度能够达到0.5°，为无人天车系统安全稳定运行提供了保障。
附图说明
图1是本发明实施例的坐标系建立流程图；
图2是本发明实施例的大车摆角控制流程图；
图3是本发明实施例的小车摆角控制流程图。
图中标记如下：大车正向运行1、大车反向运行2、大车停止3、小车正向运行4、小车反向运行5、小车停止6。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
一种实现无人天车微摆动控制的方法，包含如下步骤：
A：建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；
B、通过对天车运行的坐标系分解，对天车摆角的坐标系分解，找出天车速度、加速度、运行方向与摆角方向的关系，通过对摆角在不同象限的投影分析和摆角角度检测，实现大车和小车的加速度比例增减，完成天车大车摆角控制和天车小车摆角控制，将复杂的天车摆角控制变成简单的天车速度控制。
所述建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；包括以下步骤：
步骤S01：以天车HOME位为原点、大车前进方向为X轴正向、小车前进方向为Y轴正向建立平行于水平面的天车运行坐标系；以天车摆角仪中心点为原点，大车中心线为X轴，小车中心线为Y轴，建立天车摆角坐标系；
步骤S02：获取天车TO时刻的大车位置X0，小车位置Y0，大车速度VX0，小车速度VY0；
步骤S03：100ms后，获取天车T1时刻的大车位置X1，小车位置Y1，大车速度VX1，小车速度VY1；
步骤S04：根据X0到X1的位置变化计算天车大车运行方向，根据Y0到Y1的位置变化计算天车小车运行方向；
步骤S05：如果X1-X0>0，则大车正向运行，反之反向运行，如果X1=X0，没有故障情况，则大车停止；如果Y1-Y0>0，则小车正向运行，反之反向运行，如果Y1=Y0，没有故障情况，则小车停止；
步骤S06：根据VX0到VX1的速度变化，计算天车大车加速度aX=（VX1- VX0）/0.1s；根据VY0到VY1的速度变化，计算天车小车加速度aY=（VY1- VY0）/0.1s；
步骤S07：如果aX与大车运行方向相同，则大车正在加速，反之减速，如果aX=0，则大车匀速或停止；如果aY与小车运行方向相同，则小车正在加速，反之减速，如果aY=0，则小车匀速或停止；
步骤S08：通过天车上安装的摆角仪获取T0时刻主钩摆角角度θ，并分解成天车坐标系内的X轴摆角角度θX和Y轴摆角角度θY，同时定义夹钳投影在天车坐标系的第一象限内，θX和θY摆角值为正。
步骤S09：设立摆角控制区间，将θX和θY摆角分为5个档次，分别是：0-0.5°，0.5°-2°，2°-5°，5°-15°，大于15°，每个控制区间对应增加或减少的加速度比例依次为：0，2%，5%，15%，50%。
所述天车大车摆角控制，包括以下步骤：
步骤S11：当大车前进、加速度aX≥0，大车处于加速前进状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度高于天车大车速度，增加大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX增加的比例；
步骤S12：当大车前进、加速度aX≥0，大车处于加速前进状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度低于天车大车速度，减少大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX减少的比例；
步骤S13：当大车前进、加速度aX≤0，大车处于减速前进状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度高于天车大车速度，减少大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX的绝对值减少的比例；
步骤S14：当大车前进、加速度aX≤0，大车处于减速前进状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度低于天车大车速度，增加大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX的绝对值增加的比例；
步骤S15：当大车后退、加速度aX≥0，大车处于减速后退状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车大车速度绝对值，增加大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX增加的比例；
步骤S16：当大车后退、加速度aX≥0，大车处于减速后退状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车大车速度绝对值，减少大车加速度aX，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX减少的比例；
步骤S17：当大车后退、加速度aX≤0，大车处于加速后退状态，大车摆角在一、四象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车大车速度绝对值，减少大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX减少的绝对值的比例；
步骤S18：当大车后退、加速度aX≤0，大车处于加速后退状态，大车摆角在二、三象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车大车速度绝对值，增加大车加速度aX的绝对值，以缩减大车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θX所在区间，选择大车加速度aX增加的绝对值的比例；
所述天车小车摆角控制，包括以下步骤：
步骤S21：当小车前进、加速度aY≥0，小车处于加速前进状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度高于天车小车速度，增加小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY增加的比例；
步骤S22：当小车前进、加速度aY≥0，小车处于加速前进状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度低于天车小车速度，减少小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY减少的比例；
步骤S23：当小车前进、加速度aY≤0，小车处于减速前进状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度高于天车小车速度，减少小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY的绝对值减少的比例；
步骤S24：当小车前进、加速度aY≤0，小车处于减速前进状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度低于天车小车速度，增加小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY的绝对值增加的比例；
步骤S25：当小车后退、加速度aY≥0，小车处于减速后退状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车小车速度绝对值，增加小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY增加的比例；
步骤S26：当小车后退、加速度aY≥0，小车处于减速后退状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车小车速度绝对值，减少小车加速度aY，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY减少的比例；
步骤S27：当小车后退、加速度aY≤0，小车处于加速后退状态，小车摆角在一、二象限，此时天车夹钳速度绝对值低于天车小车速度绝对值，减少小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY减少的绝对值的比例；
步骤S28：当小车后退、加速度aY≤0，小车处于加速后退状态，小车摆角在三、四象限，此时天车夹钳速度绝对值高于天车小车速度绝对值，增加小车加速度aY的绝对值，以缩减小车与夹钳间的速度差和水平距离，根据θY所在区间，选择小车加速度aY增加的绝对值的比例。
图1中显示，坐标系建立分为天车运行坐标系和天车摆角坐标系，前者的作用是定位天车大车和小车运行方向、加速度方向和大小，后者的作用是对主钩摆角进行象限分解，并定义方向。
图2中显示，通过大车运行方向、大车加速度方向和大小、大车摆角所在象限三个条件相互约束，形成八种实例，产生八种解决方案对应大车摆角控制。
图3中显示，通过小车运行方向、小车加速度方向和小小、小车摆角所在象限三个条件相互约束，形成八种实例，产生八种解决方案对应小车摆角控制。

Claims (2)

1.一种实现无人天车微摆动控制的方法，其特征在于包含如下步骤：
A：建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；
B、通过对天车运行的坐标系分解，对天车摆角的坐标系分解，找出天车速度、加速度、运行方向与摆角方向的关系，通过对摆角在不同象限的投影分析和摆角角度检测，实现大车和小车的加速度比例增减，完成天车大车摆角控制和天车小车摆角控制，将复杂的天车摆角控制变成简单的天车速度控制。
2.根据权利要求1所述的一种实现无人天车微摆动控制的方法，其特征在于所述建立天车运行坐标系，建立天车摆角的坐标系；包括以下步骤：
步骤S01：以天车HOME位为原点、大车前进方向为X轴正向、小车前进方向为Y轴正向建立平行于水平面的天车运行坐标系；以天车摆角仪中心点为原点，大车中心线为X轴，小车中心线为Y轴，建立天车摆角坐标系；
步骤S02：获取天车TO时刻的大车位置X0，小车位置Y0，大车速度VX0，小车速度VY0；
步骤S03：100ms后，获取天车T1时刻的大车位置X1，小车位置Y1，大车速度VX1，小车速度VY1；
步骤S04：根据X0到X1的位置变化计算天车大车运行方向，根据Y0到Y1的位置变化计算天车小车运行方向；
步骤S05：如果X1-X0>0，则大车正向运行，反之反向运行，如果X1=X0，没有故障情况，则大车停止；如果Y1-Y0>0，则小车正向运行，反之反向运行，如果Y1=Y0，没有故障情况，则小车停止；
步骤S06：根据VX0到VX1的速度变化，计算天车大车加速度aX=（VX1- VX0）/0.1s；根据VY0到VY1的速度变化，计算天车小车加速度aY=（VY1- VY0）/0.1s；
步骤S07：如果aX与大车运行方向相同，则大车正在加速，反之减速，如果aX=0，则大车匀速或停止；如果aY与小车运行方向相同，则小车正在加速，反之减速，如果aY=0，则小车匀速或停止；
步骤S08：通过天车上安装的摆角仪获取T0时刻主钩摆角角度θ，并分解成天车坐标系内的X轴摆角角度θX和Y轴摆角角度θY，同时定义夹钳投影在天车坐标系的第一象限内，θX和θY摆角值为正；
步骤S09：设立摆角控制区间，将θX和θY摆角分为5个档次，分别是：0-0.5°，0.5°-2°，2°-5°，5°-15°，大于15°，每个控制区间对应增加或减少的加速度比例依次为：0，2%，5%，15%，50%。
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