CN108178066B

CN108178066B - 一种双梁起重机小车的纠偏方法

Info

Publication number: CN108178066B
Application number: CN201711461339.1A
Authority: CN
Inventors: 倪艳荣; 毛景魁; 张静; 张开拓; 仝战营; 赵筱赫
Original assignee: Henan Institute of Technology
Current assignee: Henan Institute of Technology
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-10-22
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN108178066A

Abstract

本发明专利公开了一种双梁起重机小车的纠偏方法，包括如下步骤：对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息；根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息；根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏。本发明通过对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到小车滑轮的位置信息；根据该位置信息，计算得到双梁起重机小车的偏移程度信息；根据所述偏移程度信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏。通过上述技术方案，本发明实现了对双梁起重机小车的平稳纠偏，有效地降低了双梁起重机小车与运行轨道之间的磨损，进一步提高了双梁起重机小车的使用寿命。

Description

一种双梁起重机小车的纠偏方法

技术领域

本发明专利涉及双梁起重机的应用领域，尤其是一种双梁起重机小车的纠偏方法。

背景技术

双梁起重机一般指双梁桥式起重机，双梁桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备，因此，双梁桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。

双梁起重机一般由机械、电气和金属结构三大部分组成，其中，机械部分分为起升机构、小车运行机构和大车运行机构。起升机构是用来垂直升降物品，小车运行机构是用来带着载荷作横向移动，大车运行机构用来将起重小车和物品作纵向移动，以达到三维空间里做搬运和装卸货物用；金属结构部分由桥架和小车架组成；电气部分由电气设备和电气线路组成。

起重机小车是双梁起重机的重要部件，它的主要作用不仅是放置电动机、吊钩、卷筒、变速箱等，同时负责在起重机横梁上横向行走。因此，在日常使用中，小车发生啃轨的状况时有发生，目前小车发生啃轨原因主要有以下几种：

1、小车变形

小车负荷过重，使小车钢梁发生形变，尤其是小车的横梁发生弯曲，使小车的驱动轮和从动轮向外侧倾斜，与轨道的摩擦力增加，甚至发生啃轨现象，如图1所示。

2、小车的驱动轮的动力不一致，使小车发生倾斜

小车两侧的驱动轮动力不一致，或驱动轮的速度不一致，造成小车向左或向右倾斜，分别如图2和图3所示。小车倾斜的角度越大，驱动轮或从动轮与轨道的压力越大，造成接触处的摩擦力增加，引起接触面发热、磨损，甚至无法正常工作。

小车发生啃轨时，不仅造成小车与轨道磨损严重，噪音增大，而且大大降低小车运行速度；更为严重的是，小车发生啃轨时，导致小车的运行路线发生偏移，不仅由于与运行轨道之间的磨损降低使用寿命，甚至烧坏驱动电机，引发一系列的工业事故。因此，对发生偏移的双梁起重机小车进行纠偏成为保证工业生产的安全顺利进行的重要技术手段。

目前，针对双梁起重机小车发生偏移采取的方法大多是通过控制小车车轮的直线度、内束角、倾斜角、对角线等来调整小车运行机构跑偏；通过水平轮纠偏，避免小车运行机构擦轨或者啃轨。但是，在实际作业中，随着小车运行速度的加快，传统的机械方法无法避免小车运行机构跑偏，小车水平轮纠偏又容易造成侧向力过大导致轨道损坏，小车运行机构工作状态不稳定也是现场作业过程中导致擦轨、啃轨的主要原因。

基于此，如何实现对双梁起重机小车的平稳纠偏是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是要提供一种双梁起重机小车的纠偏方法，通过上述方法实现对双梁起重机小车的平稳纠偏。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种双梁起重机小车的纠偏方法，包括如下步骤：

对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息；

根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息；

根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车的运行路线进行纠偏。

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息的步骤包括：

获取设置在双梁起重机小车滑轮处的微偏移传感器检测到的位置信息H_n(n＝1,2,3,4)。

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息的步骤包括：

1)根据所述位置信息H_n，得到双梁起重机小车检测偏移时微偏移传感器的输出信息H(t)；其中，

式中，H₁、H₂表示双梁起重机小车左侧微偏移传感器检测到的位置信息，H₃、H₄表示双梁起重机小车右侧微偏移传感器检测到的位置信息，t表示双梁起重机小车偏移量的检测时刻；

2)根据双梁起重机小车检测偏移时微偏移传感器的输出信息H(t)，得到双梁起重机小车运行时的位置偏差S；其中，

S＝H(t)-H(0)； (2)

式中，S表示双梁起重机小车运行时的位置偏差，H(t)表示双梁起重机小车检测偏移时微偏移传感器的输出信息，H(0)表示双梁起重机小车启动时微偏移传感器的输出信息。

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车的运行路线进行纠偏的步骤包括：

1)对所述双梁起重机小车运行时的位置偏差S进行微分运算，得到

2)对式(3)按照比例微分算法进行滑模面调整，得到对双梁起重机小车进行纠偏的控制量F；其中，滑模面调整公式如下所示：

式中，F表示双梁起重机小车的控制量，α表示位置偏差S微分后的比例系数，β表示位置偏差S的比例系数，C表示常数；

3)根据所述对双梁起重机小车进行纠偏的控制量F，得到施加于双梁起重机小车各个轮子的驱动电机的控制量M，其中，

式中，M₁表示双梁起重机小车的左侧电机控制量，M₂表示双梁起重机小车右侧电机控制量，M>0表示电机正转，M<0表示电机反转，B表示变换矩阵；

4)根据所述控制量M，对所述双梁起重机小车的运行路线进行纠偏。

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述位置偏差S微分后的比例系数α＝10。

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述常数

作为优选的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述位置偏差S的比例系数

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，在所述对双梁起重机小车的运行状态进行检测的步骤之前，还包括：

利用设置于双梁起重机小车外部四周的微形变检测装置，检测得到双梁起重机小车的变形量；其中，所述微形变检测装置包括激光发射器和激光接收器；

根据检测得到的变形量，计算得到双梁起重机小车的四个变形角度；

根据所述变形角度，分析得到双梁起重机小车的变形程度信息。

进一步的，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，在所述根据检测得到的变形量，计算得到双梁起重机小车的四个变形角度的步骤之后，还包括：

若所述变形角度超过预设阈值，禁止双梁起重机小车运行。

本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，通过对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到小车滑轮的位置信息；根据该位置信息，计算得到双梁起重机小车的偏移程度信息；根据所述偏移程度信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏。通过上述技术方案，本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，实现了对双梁起重机小车的平稳纠偏，有效地降低了双梁起重机小车与运行轨道之间的磨损，进一步提高了双梁起重机小车的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为双梁起重机小车变形发生啃轨时的结构示意图；

图2为双梁起重机小车向右倾斜发生啃轨时的结构示意图；

图3为双梁起重机小车向左倾斜发生啃轨时的结构示意图；

图4为本发明的其中一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法的流程图；

图5为本发明的另一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法的流程图；

图6为本发明的另一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法中的检测方法示意图；

图7为利用本发明的双梁起重机小车的纠偏方法对发生偏移的小车进行纠偏的效果示意图；

图8为本发明的另一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法的流程图；

图9为对双梁起重机小车的变形程度进行检测的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图4所示，图4为本发明的其中一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法，包括如下步骤：

步骤S100：对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息；

在本步骤中，通过对发生偏移的双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到小车滑轮具体所处的位置，为后续步骤的对小车进行纠偏提供理论依据。

如图5所示，图5为本发明的另一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法，所述对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息的步骤S100可以包括：

步骤S401：获取设置在双梁起重机小车滑轮处的微偏移传感器检测到的位置信息H_n(n＝1,2,3,4)。

在实际应用中，本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，可以采用由压力传感器构成的微偏移传感器检测小车滑轮的位置信息，压力传感器的安装位置如图6所示，图6为本发明的另一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法的检测方法示意图，小车各侧的压力传感器通过检测小车钢梁与运行轨道之间的压力，得到小车的位置信息。如图6所述的检测方法，主要是针对由于驱动不一致导致小车产生啃轨的情况。

步骤S200：根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息；

在本步骤中，根据上述步骤得到的位置信息，进一步判断小车的偏移程度，再由微偏移微控制器综合判断后，给出小车是否偏移的判断结果，若小车发生偏移，需要采取一定的措施对双梁起重机小车进行纠偏，以便小车正常工作。

在其中一个实施例中，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息的步骤S200包括：

步骤S402：根据所述位置信息H_n，得到双梁起重机小车检测偏移量时微偏移传感器的输出信息H(t)；其中，

步骤S403：根据双梁起重机小车检测偏移量时微偏移传感器的输出信息H(t)，得到双梁起重机小车运行时的位置偏差S；其中，

S＝H(t)-H(0)； (2)

式中，S表示双梁起重机小车运行时的位置偏差，H(t)表示双梁起重机小车检测偏移量时微偏移传感器的输出信息，H(0)表示双梁起重机小车启动时微偏移传感器的输出信息。

步骤S300：根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏。

在其中一个实施例中，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，所述根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏的步骤包括：

步骤S404：对所述双梁起重机小车运行时的位置偏差S进行微分运算，得到

步骤S405：对式(3)按照比例微分算法进行滑模面调整，得到对双梁起重机小车进行纠偏的控制量F；其中，滑模面调整公式如下所示：

步骤S406：根据所述对双梁起重机小车进行纠偏的控制量F，得到施加于双梁起重机小车各个轮子的驱动电机的控制量M，其中，

步骤S407：根据所述控制量M，对所述双梁起重机小车进行纠偏。

在上述实施例中，本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，对于小车的偏移，采用的方法是同侧调整，即左侧偏移，则左侧加速；右侧偏移，右侧加速。通过对小车运动状态的分析，得出：对于小车的控制可以看做是一个滑模变结构控制，即两种调整结构，左侧加速和右侧加速。当偏移量为零时，即为正常工作状态，可以把该状态看做调节量为0的滑模面。

在本发明的双梁起重机小车的纠偏方法中，通过使位置偏差S和位置偏差S的导数为零，使小车的运动轨迹回到滑模面的原点上，即，使小车处于无偏移的状态。

在实际控制时，通常存在一死区，即当发出一定的控制量M，但对系统无影响，这主要是因为摩擦力的原因。常数C就是为了消除控制该死区偏差而设置的，C的大小可在静止状态时，逐渐施加控制，直至小车开始运动，此时的控制量即为常数C，即：

通过设置合理的控制参数，可以有效地衰减抖动，使小车快速达到稳定状态。公式(4)中，α为位置偏差S的微分后的比例因子，可以根据偏差的变化施加控制量，此值的大小决定了偏差快速变化时，控制量跟随快速变化，并根据变化幅度的大小比例施加控制量。β为位置偏差S的比例因子，偏差越大，输出的控制量也越大，但会造成运动的惯性增加，增加系统的抖动，此值要根据系统的抖动情况选择合适的参数。

综合考虑快速性和稳定性，取α＝10。β取值根据误差S的范围确定，即：

运行中，C的符号与S的符号一致。设小车右侧速度与左侧速度的偏差为正，则若S<0，说明需要向右方调整，此时控制量为负，与当前的速度偏差方向相反；若S>0，说明需要向左方调整，此时控制量为正，与当前的速度偏差方向相同。

利用本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，对发生偏移的小车通过滑模变结构控制的效果示意图如图7所示，图7为利用本发明的双梁起重机小车的纠偏方法对发生偏移的小车进行纠偏的效果示意图，在图7中，e＝S，S＝0表示偏移为零时工作状态，进行滑模变结构控制的目的是通过调整小车驱动轮的速度，使偏移量S落在滑模面S＝0上。S>0时，小车右偏；S<0时小车左偏。当小车向右偏移较大时，如图7所示，右侧驱动轮加速，偏移量减小，很快达到S＝0的滑模面上。但由于小车的惯性，小车越过滑模面，发生向左偏移。此时左侧驱动轮加速，小车偏移量迅速减小，使小车再此达到滑模面。经过多次调整后，小车距离远点越来越近，最后停留在原点或S＝0的滑模面上，调节停止。

从图7可以看出，小车发生偏移时，并不能一次就调节到位。小车会在滑模面附近调整多次后，才能进入稳定节点，即到达滑模面，这种情况为抖动。产生抖动的原因很多，主要因为系统惯性滞后和不理想的运行场所。

系统惯性滞后主要表现为机械惯性和电气控制惯性。系统的动作是依靠机械机构实现的，而机械机构运动状态的改变需要运动时间。增加驱动力可以加快运动时间，但同时也增加此次运动状态的惯性，造成下步状态的改变时间增长。电气控制惯性主要表现为电流的增加和减小。对于旋转电机来说，电感的存在是造成电气惯性的主要原因。因此，机械惯性和电气控制惯性是客观存在的，实际控制过程中，只能最大程度的减小惯性，而无法从根本上消除。

小车运行过程中，轨道不是平滑的，必然存在弯曲和变形；小车滑轮的中心不一定和中心线重合，四个滑轮的半径不一定一致；随着机械磨损的增加，各个滑轮的损耗程度不一致，也造成四个滑轮不在同一平面上。这些都是造成纠正小车偏差时，发生抖动的原因。

抖动不仅恶化小车的工作环境，而且影响传感器的输出。为了抑制抖动对传感器的干扰，对传感器采集的信号进行平均滤波，即：

平均滤波不仅将围绕在平衡点上下抖动的信号经过加和消除，而且多次采样避开了系统抖动，避免控制器做无谓的动作。

如图8所示，图8为本发明的另一个实施例的双梁起重机小车的纠偏方法的流程图，因小车驱动不一致造成的啃轨现象发生于小车运行过程中，需要动态检测和控制。由压力传感器构成的微偏移传感器检测小车在运行过程中的偏移程度，微偏移控制器综合安装于小车不同位置的四个压力传感器的信号后，做出小车是否偏移的输出信号。中心控制器根据偏移的方向，做出纠偏动作，使小车“对正”。具体操作方法如下：

根据安装于小车不同位置的四个压力传感器的信号，判断小车是否向左发生偏移；

若小车向左发生偏移，则利用滑模变控制算法，对小车左侧滑轮的驱动电机进行加速；

若小车并未向左发生偏移，则判断小车是否向右发生偏移；

若小车向右发生偏移，则利用滑模变控制算法，对小车右侧滑轮的驱动电机进行加速；

若小车也没有向右发生偏移，则判断小车是否无偏移；

若是，则继续对小车进行偏移检测；

若否，则进行报错处理。

通过上述实施例可以看出，本发明对于小车的偏移，采用的方法是同侧调整，即左向偏移，则左侧加速，右侧偏移右侧加速。通过对小车的状态分析，可以得出小车的控制可以看做是一个滑模变结构控制，即两种调整结构，左侧加速、右侧加速；偏移为零时为正常工作状态，把该状态看做调节量为0的滑模面，按照比例微分算法进行滑模面调整，从而对双梁起重机小车进行纠偏。

在其中一个实施例中，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，在所述对双梁起重机小车的运行状态进行检测的步骤之前，还可以包括：

在上述实施例中，本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，主要是针对由于小车变形发生啃轨的检测，具体可以采用激光和光敏点阵组成的微形变检测装置进行检测，其安装位置如图6所示。光敏点阵根据接收到的变形量，计算出变形角度，综合四个变形角度，分析小车的变形程度，给出小车变形的分析结果。

在其中一个实施例中，本发明所述的双梁起重机小车的纠偏方法，在所述根据所述变形角度，分析得到双梁起重机小车的变形程度信息的步骤之后，还可以包括：

若所述变形角度超过预设阈值，禁止双梁起重机小车运行。

在上述实施例中，对双梁起重机小车的变形程度进行检测的流程如图9所示，图9为对双梁起重机小车的变形程度进行检测的方法流程图，在实际应用中，根据起重器的工作流程，当起重机负荷启动时，首先进行微变形检测，即当激光接收器(即光敏点阵)接收到的激光照射点偏移中心点时，由微变形控制器计算变形程度，并将变形角度输出。中心控制器按照通信协议读出变形角度，若变形程度不大，则不作提示。若发生较大变形，甚至严重变形，则提示操作人员，同时禁止小车运行。

本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，通过对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到小车滑轮的位置信息；根据该位置信息，计算得到双梁起重机小车的偏移程度信息；根据所述偏移程度信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏。通过上述技术方案，本发明的双梁起重机小车的纠偏方法，实现了对双梁起重机小车的平稳纠偏，有效地降低

了双梁起重机小车与运行轨道之间的磨损，进一步提高了双梁起重机小车的使用寿命。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种双梁起重机小车的纠偏方法，其特征在于，包括如下步骤：

对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息；

根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息；

根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏；

所述对双梁起重机小车的运行状态进行检测，得到位置信息的步骤包括：

获取设置在双梁起重机小车滑轮处的微偏移传感器检测到的位置信息H_n(n＝1,2,3,4)；

所述根据所述位置信息，得到所述双梁起重机小车的偏移信息的步骤包括：

1)根据所述位置信息H_n，得到双梁起重机小车检测偏移量时微偏移传感器的输出信息H(t)；其中，

2)根据双梁起重机小车检测偏移量时微偏移传感器的输出信息H(t)，得到双梁起重机小车运行时的位置偏差S；其中，

S＝H(t)-H(0) (2)

式中，S表示双梁起重机小车运行时的位置偏差，H(t)表示双梁起重机小车检测偏移量时微偏移传感器的输出信息，H(0)表示双梁起重机小车启动时微偏移传感器的输出信息；

所述根据所述偏移信息，利用滑模变控制算法对所述双梁起重机小车进行纠偏的步骤包括：

4)根据所述控制量M，对所述双梁起重机小车进行纠偏。

2.根据权利要求1所述的双梁起重机小车的纠偏方法，其特征在于：所述位置偏差S微分后的比例系数α＝10。

3.根据权利要求1所述的双梁起重机小车的纠偏方法，其特征在于：常数

4.根据权利要求1所述的双梁起重机小车的纠偏方法，其特征在于：所述位置偏差S的比例系数

5.根据权利要求1所述的双梁起重机小车的纠偏方法，其特征在于，在所述对双梁起重机小车的运行状态进行检测的步骤之前，还包括：

6.根据权利要求5所述的双梁起重机小车的纠偏方法，其特征在于，在所述根据检测得到的变形量，计算得到双梁起重机小车的四个变形角度的步骤之后，还包括：

若所述变形角度超过预设阈值，禁止双梁起重机小车运行。