CN108491661A - 自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统；该方法是建立起重臂振动系统的动力学模型，然后通过变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量分别计算起重臂的振动模态坐标和实时动刚度，并计算下一时刻起重臂振动幅值以及所需调节斜拉调节绳的长度，调整起重臂的下一时刻的动刚度；该系统包括斜拉调节绳、激光测距仪、黑匣子、中控系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统、起重臂动刚度计算子系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统以及起重臂动刚度自适应调节子系统。本发明减弱了起重臂的振动，提高了起重机的稳定性、安全性和可靠性。

Description

自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种通过自适应调节塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统，属于起重机械技术领域。

背景技术

塔式起重机包括变幅机构、回转机构和起升机构，是通过这三大机构的运动来完成货物的抓取、运输和就位的工作过程，其中每一个工作过程都包括加速、匀速和减速运动。

为了提高起重机的工作效率，生产厂家不断地提高起重机的额定运行速度和额定起重量。随着起重机额定运行速度和额定起重量的增加，机构的快速运动容易引起起重机结构更大的振动，振动产生的交变载荷降低了起重机的稳定性、可靠性和安全性。

对于起重臂结构振动检测最常用的方法是用电测法对起重臂结构进行振动加速度测量，通过在起重臂上粘贴应变片，使用应变仪和计算分析设备记录起重臂的振动加速度。这种检测方法需要在起重臂上粘贴大量应变片，由于起重机是高空作业的大型特种设备，人工安装大量应变片操作复杂，存在操作安全性。

另外，起重机的起重臂的振动属于低频振动，振动频率是0.15HZ到10HZ，并且主要振动的振动频率不到1HZ，各种振动测量仪难以准确测量这样的低频振动频率。实验人员用人工敲击方法，但不能真实反映起重机的工作状态。

目前，对于起重臂的结构振动通常是用两根斜拉钢筋进行加固限制，但是起重臂的振动是随着变幅小车的运动和起升货物重量的变化而变化，两根斜拉钢筋的加固力不能随着变幅运动和货物重量的变化而变化，因此，没有从根本上解决起重臂在工作过程中的振动问题。

发明内容

针对现有起重臂在工作过程中的振动问题，本发明提供一种通过改变起重臂动刚度来消除起重臂振动，以提高塔式起重机的稳定性、安全性和可靠性的自适应调节塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法，同时提供一种实现该方法的系统。

本发明的自适应调节塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法，是：

首先分析起重机的变幅机构和起重量对起重臂振动的影响规律，建立起重臂振动系统的动力学模型，然后通过变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量分别计算起重臂的振动模态坐标和实时动刚度，再根据起重臂的实时动刚度计算下一时刻起重臂振动幅值以计算所需调节的斜拉调节绳长度，以此调节斜拉调节绳的长度，进而调整起重臂的下一时刻的动刚度，达到消除起重臂的振动的目的。

所述建立起重臂振动系统的动力学模型的过程如下所述：

以起重机的塔身回转支撑平面与过塔身在地面固定截面的中心点为坐标轴o点，以起重臂平行地面且远离塔身的方向为坐标轴x的正方向，以垂直于x坐标轴且接近地面的方向为坐标轴y的正方向，建立xoy直角坐标系，将起重臂等效为悬臂梁，货物、吊钩和变幅小车等效为移动质量，该移动质量始终在悬臂梁上运动，根据悬臂梁-移动质量系统建立起重臂振动系统的动力学模型。

所述计算起重臂振动模态坐标的过程是：

起重臂振动幅值y(x,t)与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的对应关系表示为：

式中，y(x,t)为在t时刻起重臂上x位置处的振动幅值(挠度)，为起重臂第i阶振型函数，其中λ_i为超越方程cos(λ_iL)cosh(λ_iL)+1＝0的解，L为起重臂的长度，q_i(t)为起重臂第i阶模态坐标函数；

起重臂第i阶模态坐标函数q_i(t)与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的数学模型表示如下：

式中，用撇表示φ_i(x)对x求导，用点表示q_i(t)对时间t求导，E为起重臂的弹性模量，I为起重臂的截面惯性矩，m为起重臂的单位长度质量，L为起重臂的长度，g为重力加速度；φ_j(x)为起重臂第j阶振型函数，i,j＝1,2,3…；

获取塔式起重机正常工作时斜拉调节绳与起重臂铰接处的实时振动幅值y(x_l,t)(也就是y(x,t)中的x)，x_l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到起重臂臂根的距离，结合以上两个公式计算该实时振动幅值对应的起重臂第i阶模态坐标函数q_i(t)。

所述计算起重臂的实时动刚度的过程是：

基于起重臂模态坐标与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的关系模型，推导出起重臂实时动刚度的数学表达式，起重臂的实时动刚度矩阵为：

式中，为起重臂的第j阶振动主模态质量，m为起重臂的单位长度质量，L为起重臂的长度；为起重臂第j阶振动频率，其中，为起重臂的第j阶振动主模态刚度，E为起重臂的弹性模量，I为起重臂的截面惯性矩；β为刚度阻尼系数，g为重力加速度；φ_i(x)为起重臂第i阶振型函数，φ_j(x)为起重臂第j阶振型函数，i,j＝1,2,3…；

根据上式和实测的变幅运动的实时位移x_a、速度加速度和起重量m_a，计算起重臂相对应的实时动刚度。

所述计算所需调节的斜拉调节绳长度的过程是：

起重臂在下一时刻需要调节斜拉调节绳的长度为：

式中，Δl((k+1)T)为斜拉调节绳在(k+1)T时刻需改变的长度，y(x_l,(k+1)T)为在(k+1)T时刻斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值，l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到定滑轮的距离，x_l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到起重臂臂根的距离，T为采样周期，k＝1,2,3…。

实现上述方法的自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的系统，采用以下技术方案：

该系统，包括斜拉调节绳、激光测距仪、黑匣子、中控系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统、起重臂动刚度计算子系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统以及起重臂动刚度自适应调节子系统；

斜拉调节绳一端与起重臂铰接，一端与起重臂动刚度自适应调节子系统连接；

激光测距仪安装在起重臂上斜拉调节绳与起重臂铰接处的正下方，用于测量斜拉调节绳与起重臂铰接处到地面的距离；

黑匣子用于储存和输出变幅运动的位移、速度、加速度和起重量；

中控系统，用于控制数据传输和数据的转换，将由激光测距仪输出的数据转换为起重臂的实时振幅输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统，将由黑匣子输出的变幅运动的位移、速度、加速度和起重量输入到起重臂动刚度计算子系统，将由斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值和频率预测子系统输出的数据输入到起重臂动刚度自适应调节系统；

斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统，用于建立起重机变幅运动位移、速度、加速度和起重量对斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值和频率影响规律的数学表达式；利用由中控系统输出的起重臂实时振幅、变幅运动位移、速度、加速度和起重量根据对应关系计算起重臂实时模态坐标并输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值预测子系统；

起重臂动刚度计算子系统，基于起重臂振动幅值与变幅运动和起重量的关系模型，利用中控系统输出的变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量根据起重臂实时刚度计算出起重臂的实时动刚度并输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值和频率预测子系统；

斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统，基于起重机振动系统的动力学模型建立差分方程，利用由起重臂动刚度计算子系统输出的实时动刚度和斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标计算子系统输出的实时模态坐标计算起重臂下一时刻的振动幅值并输入到中控系统；

起重臂动刚度自适应调节子系统，包括伺服驱动器和伺服电机，利用由中控系统输出的起重臂下一时刻的振动幅值计算下一时刻所需调节的斜拉调节绳的长度，伺服驱动器驱动伺服电机运动，调节斜拉调节绳的长度，调整起重臂的刚度，达到消除起重臂的振动的目的。

本发明通过起重臂端部振动幅值的变化实时测量起重臂的动刚度来改变斜拉调节绳的长度，来调整起重臂下一时刻的动刚度，通过改变起重臂的动刚度，有效的消除了起重臂的振动，实现了减弱起重臂的振动的目的，提高了塔式起重机的稳定性、安全性和可靠性。

附图说明

图1是采用本发明的塔式起重机的结构原理示意图。

图2是起重臂-货物系统模型示意图。

图3是起重臂动刚度自适应调节系统。

其中：1.底架，2.塔身，3.回转机构，4.平衡臂，5.平衡重，6.起升机构，7.电控柜，8.伺服驱动器，9.伺服电机，10.平衡臂拉杆，11.塔冒，12.斜拉调节绳，13.起重臂，14.变幅小车，15.激光测距仪，16.吊钩，17.货物，18.变幅机构，19.驾驶室，20.中控台，21.黑匣子。

具体实施方式

本发明针对当前，既没有测量起重臂实时动刚度的有效方法，也没有对应的调整起重臂实时动刚度的装置的技术情况，通过斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值的变化实时测量起重臂的动刚度来改变斜拉调节绳的长度，来调整起重臂下一时刻的动刚度。

图1给出了采用本发明的塔式起重机的结构，该塔式起重机设置有与现有塔式起重机一样的底架1、塔身2、回转机构3、平衡臂4、平衡重5、起升机构6、电控柜7、平衡臂拉杆10、塔冒11、起重臂13、变幅小车14、吊钩16、货物17、变幅机构18和驾驶室19；除此以外，还在驾驶室19内设置有中控台20(中控系统)和黑匣子21，在平衡臂4上设置有刚度自适应调节伺服驱动器8和刚度自适应调节伺服电机9，在起重臂13上设置有刚度自适应斜拉调节绳12，在起重臂13的外端设置有激光测距仪15。斜拉调节绳12一端与伺服电机9连接，一端与起重臂13的外端连接。货物17吊挂在吊钩16上。

本发明的自适应调节塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法，包括以下步骤：

(1)建立起重臂振动幅值与变幅运动位移、速度、加速度和起重量的对应关系(也就是建立起重机振动系统的动力学模型)。

a.建立起重臂坐标系：

根据塔式起重机振动模态分析，变幅运动和起升运动主要激励起重臂绕着起重臂根部在铅锤面内振动，为了揭示起重量和变幅运动速度对斜拉调节绳与起重臂铰接处振动特性的影响规律，如图2所示，以塔身回转支撑平面与过塔身2在地面固定截面的中心点为坐标轴o点，以起重臂13平行地面且远离塔身2的方向为坐标轴x的正方向，以垂直于x坐标轴且接近地面的方向为坐标轴y的正方向，建立xoy直角坐标系，将起重机等效为悬臂梁，货物17、吊钩16和变幅小车14等效为移动质量，该移动质量始终在悬臂梁上运动，从而构成了移动质量-悬臂梁系统，根据悬臂梁-移动质量系统示意图建立起重机振动系统的动力学模型。其中，m_a为移动质量的质量，x_a为移动质量在悬臂梁上的位置，为移动质量的速度，L为悬臂梁的长度，E为悬臂梁的弹性模量，I为悬臂梁的截面惯性矩，m为悬臂梁的单位长度质量，在t时刻悬臂梁上x处的挠度为y(x,t)。

移动质量是建模型使用的名词，与悬臂梁相对应；起重量是工程实际使用的名词，与变幅运动的速度、加速度相对应。

b.建立起重臂振动微分方程：

基于Euler-Bernoulli梁理论，不计梁的横向剪切变形的影响和阻尼的作用，在外力F(x,t)的作用下，梁的振动微分方程为

由于移动质量沿着悬臂梁运动的同时，也随着悬臂梁上下振动，所以在动力学方程中应考虑移动质量的惯性力。因此，在任意时刻t，移动质量对悬臂梁的作用力F(x,t)等于移动质量的重力减去移动质量的惯性力，即：

式中，为y(x,t)对时间t的偏导数，g为重力加速度，δ为Dirac函数；

将式(2)代入式(1)中，得

由于移动质量在沿着悬臂梁运动的同时，也随着悬臂梁上下振动，所以移动质量在x处沿着y方向的振动速度为：

从式(4)中可以看出，右边第一项为移动质量沿着悬臂梁运动的速度在y方向上的分量；第二项为移动质量随着悬臂梁上下振动的速度。

对式(4)进一步求导，可得移动质量在x处沿着y方向的振动加速度，即：

从式(5)中可以看出，右边的第一项为移动质量沿着悬臂梁运动的加速度在y方向上的分量；第二项为移动质量随着悬臂梁上下振动在y方向上的加速度；第三项为移动质量在随着悬臂梁上下振动产生的离心加速度；第四项为移动质量在随着悬臂梁上下振动的同时沿着悬臂梁运动产生的科氏加速度。如果移动质量为匀速运动，则第一项为零。

将式(5)带入式(3)中，将式(3)化为

由于悬臂梁的振动挠度y(x,t)对时间和空间是分离的，所以对式(6)采用分离变量法求解，令：

式中，为悬臂梁第i阶振型函数，其中λ_i为超越方程cos(λ_iL)cosh(λ_iL)+1＝0的解，q_i(t)为悬臂梁第i阶模态坐标函数。

y(x,t)是指在悬臂梁上任意位置任意时刻的振动幅值，含有两个变量，一个悬臂梁上位置变量x，一个时间变量t；那么用y(x_l,t)可表示斜拉调节绳与起重臂铰接处任意时刻的振动幅值，只含有一个时间变量t，x_l表示斜拉调节绳与起重臂铰接处到起重臂臂根的距离，是一个常数。

将式(7)带入式(6)中，得：

式中，用撇表示φ_i(x)对x求导，用点表示q_i(t)对时间t求导。

在式(8)的两边同时乘以φ_j(x)(j＝1,2,3…)，对式(8)在区间[0 L]上对x进行积分，根据振型函数的正交性，将其化简为

式(9)为移动质量—悬臂梁系统的振动微分方程，将式(9)写成矩阵的形式，即：

式中，[M]＝diag{m_j}+m_adiag{φ_j(x_a)}[φ_i(x_a)]为质量矩阵，其中，为悬臂梁的第j阶振动主模态质量，为阻尼矩阵，为刚度矩阵，其中，为悬臂梁第j阶振动频率，为悬臂梁的第j阶振动主模态刚度，{F}＝m_ag{φ₁(x_a),φ₂(x_a),φ₃(x_a),...,φ_n(x_a)}^T为广义外力，{q(t)}＝{q₁,q₂,…,q_n}^T为模态坐标，其中，为悬臂梁的振型函数矩阵，[φ_i′(x_a)]和[φ_i″(x_a)]分别为[φ_i(x_a)]对x_a的一阶和二阶导数矩阵。

由于式(10)中的质量矩阵[M]、阻尼矩阵[C]和刚度矩阵[K]都是随着时间、移动质量的速度和加速度的变化而变化，所以式(10)为二阶变系数非线性微分方程组。本发明首先利用MATLAB计算出每一阶振动的模态坐标q_i(t)，将求得的每一阶模态坐标q_i(t)和每一阶悬臂梁振型函数φ_i(x)代入式(7)中，可得到任意时刻悬臂梁上任意一点的挠度y(x,t)。

(2)获取起重臂的实时动刚度；

由于结构阻尼的存在起重臂的振动属于减幅振动，由于起重臂的结构阻尼机制相当复杂，一般认为金属结构阻尼矩阵由质量矩阵和刚度矩阵组合而成，因此可用数学表达式表示为：

[C]＝α[M]+β[K]， (11)

式中，α—质量阻尼系数：

β—刚度阻尼系数。

一般情况下α和β是通过阻尼比ξ计算得来，第i阶模态的振动固有频率为ω_ni，阻尼比为ξ_ni，则有如下关系：

分别取振型i和j，联立得：

求解方程组，得：

一般认为不同阶振型的阻尼比大小相等，钢结构的阻尼比ξ在0.008-0.05之间，这里取塔式起重机起重臂的振动阻尼比ξ＝0.01。应用Ansys软件建立塔式起重机的有限元模型，仿真计算出塔式起重机的振动模态，得出起重臂在铅锤面内两个主要的振动频率ω_n1和ω_n2，将式(14)简化后得阻尼系数为：

通过式(15)可分别计算出质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β。

进一步将式(10)化简为

式(16)中的质量矩阵[M₁]不变，刚度矩阵[K₁]是随着时间、货物质量、变幅运动速度和加速度的变化而变化，所以式(16)为二阶变系数非线性微分方程组。

起重臂的实时动刚度矩阵为：

根据式(17)和实测的变幅运动位移、速度、加速度和起重量就可以计算起重臂的实时动刚度。

(3)根据起重臂实时动刚度预测下一时刻起重臂的振动幅值，然后调整斜拉钢筋的长度来调整起重臂的动刚度；

基于起重臂振动系统的动力学模型建立差分方程，利用起重臂动刚度预测起重臂下一时刻的振动幅值。

令w₁(t)＝q(t)，式(16)可以化为一阶微分方程形式。

基于起重臂振动系统的动力学模型建立差分方程为：

w₁((k+1)T)-w₁(kT)＝Tw₂(kT)， (20)

w₂((k+1)T)-w₂(kT)＝-T[M₁]^-1[K₁]w₁(kT)+T[M₁]^-1{F}， (21)

式中，T为采样周期，k＝1,2,3…，w₁[(k+1)T]为下一时刻的振动幅值。

通过计算的起重机实时动刚度和根据实测斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值计算的起重机模态坐标，利用式(20)、(21)预测下一时刻的起重臂振动幅值。

根据预测的起重臂下一时刻的振动幅值，通过起重臂动刚度自适应调节系统的伺服控制器生成控制命令，伺服驱动器驱动伺服电机运动，调节斜拉钢筋的长度，调整起重臂的刚度，达到消除起重臂的振动的目的。

调节斜拉调节绳的长度为：

式中，Δl((k+1)T)为斜拉调节绳在(k+1)T时刻需改变的长度，y(x_l,(k+1)T)为在(k+1)T时刻斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值，l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到定滑轮的距离，x_l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到起重臂臂根的距离。

对上述过程进行概述，简单来讲就是：

根据悬臂梁-移动质量系统示意图建立起重臂振动系统的动力学模型，基于Euler-Bernoulli梁理论推导起重臂振动幅值与变幅运动位移、速度、加速度和起重量的对应关系，这种关系可以表示为

起重臂第i阶模态坐标函数q_i(t)与变幅运动位移、速度、加速度和起重量的数学模型表示如下：

获取塔机正常工作时斜拉调节绳与起重臂铰接处的实时振动幅值y(x_l,t)，根据公式(7)、(9)计算该实时振动幅值对应的起重臂第i阶模态坐标函数q_i(t)。

基于起重臂振动幅值与变幅运动和起重量的关系模型，推导出起重臂实时动刚度的数学表达式，可表示为

获取塔机正常工作时变幅运动的实时位移x_a、速度加速度和起重量m_a，根据式(17)计算起重臂相对应的实时动刚度。

令w₁(t)＝q(t)，基于起重臂振动系统的动力学模型建立差分方程为：

w₁((k+1)T)-w₁(kT)＝Tw₂(kT) (20)

w₂((k+1)T)-w₂(kT)＝-T[M₁]^-1[K₁]w₁(kT)+T[M₁]^-1{F} (21)

将获取的起重臂下一时刻的模态坐标根据式(7)计算下一时刻斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值y(x_l,(k+1)T)。

通过由(20)、(21)计算出的下一时刻斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值，由图1，根据三角形余弦定理可知起重臂在下一时刻需要调节斜拉调节绳的长度为：

本发明实现上述的方法的自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的系统，如图3所示，包括斜拉调节绳12、激光测距仪15、黑匣子21、中控系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统、起重臂动刚度计算子系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统以及起重臂动刚度自适应调节子系统。

斜拉调节绳12一端与起重臂铰接，一端与起重臂动刚度自适应调节子系统连接；

激光测距仪15安装在起重臂上斜拉调节绳12与起重臂铰接处的正下方，用于测量斜拉调节绳与起重臂铰接处到地面的距离；并且具有无线发射功能，通过无线传输模块将测量的数据传输到驾驶室19内的中控系统(中控台20)，中控系统进一步计算出斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值。为了实时测量斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值和频率，激光测距仪15的测量频率不低于5Hz。

黑匣子21用于储存和输出变幅运动的位移、速度、加速度和起重量。

中控系统，用于控制数据传输和数据的转换，将由激光测距仪15输出的数据转换为起重臂的实时振幅输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统，将由黑匣子21输出的变幅运动的位移、速度、加速度和起重量输入到起重臂动刚度计算子系统，将由斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值和频率预测子系统输出的数据输入到起重臂动刚度自适应调节系统。

斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统，建立起重机变幅运动位移、速度、加速度和起重量对斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值和频率影响规律的数学表达式，将通过中控系统输出的起重臂实时振幅、变幅运动位移、速度、加速度和起重量根据对应关系计算起重臂实时振动模态坐标，将计算的起重臂实时振动模态坐标输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值和频率预测子系统。

起重臂动刚度计算子系统，通过中控系统输出的变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量根据动刚度计算公式计算起重臂实时动刚度，并将起重臂实时动刚度输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统。

斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统，利用斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统输出的起重臂实时模态坐标值和起重臂动刚度计算子系统输出的起重臂实时动刚度通过差分方程计算起重臂下一时刻的振动幅值并输入到中控系统。

起重臂动刚度自适应调节子系统，由伺服驱动器8和伺服电机9组成，利用由中控系统输出的起重臂下一时刻的振动幅值计算下一时刻所需调节的斜拉钢筋的长度，通过控制器生成控制命令，伺服驱动器8驱动伺服电机9运动，调整斜拉调节绳12的长度，调整起重臂13的刚度，达到消除起重臂13的振动的目的。

本发明未详尽说明的内容均为现有技术。

Claims (6)

1.一种自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法，其特征是：

首先分析起重机的变幅机构和起重量对起重臂振动的影响规律，建立起重臂振动系统的动力学模型，然后通过变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量分别计算起重臂的振动模态坐标和实时动刚度，再根据起重臂的实时动刚度计算下一时刻起重臂振动幅值以计算所需调节的斜拉调节绳长度，以此调节斜拉调节绳的长度，进而调整起重臂的下一时刻的动刚度，达到消除起重臂的振动的目的。

2.根据权利要求1所述的自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法，其特征是：所述建立起重臂振动系统的动力学模型的过程如下所述：

以起重机的塔身回转支撑平面与过塔身在地面固定截面的中心点为坐标轴o点，以起重臂平行地面且远离塔身的方向为坐标轴x的正方向，以垂直于x坐标轴且接近地面的方向为坐标轴y的正方向，建立xoy直角坐标系，将起重臂等效为悬臂梁，货物、吊钩和变幅小车等效为移动质量，该移动质量始终在悬臂梁上运动，根据悬臂梁-移动质量系统建立起重臂振动系统的动力学模型；

起重臂振动幅值y(x,t)与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的对应关系表示为：

式中，y(x,t)为在t时刻起重臂上x位置处的振动幅值，为起重臂第i阶振型函数，其中λ_i为超越方程cos(λ_iL)cosh(λ_iL)+1＝0的解，L为起重臂的长度，q_i(t)为起重臂第i阶模态坐标函数。

3.根据权利要求1所述的自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法，其特征是：所述计算起重臂振动模态坐标的过程是：

起重臂振动幅值y(x,t)与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的对应关系表示为：

式中，y(x,t)为在t时刻起重臂上x位置处的振动幅值(挠度)，为起重臂第i阶振型函数，其中λ_i为超越方程cos(λ_iL)cosh(λ_iL)+1＝0的解，L为起重臂的长度，q_i(t)为起重臂第i阶模态坐标函数；

起重臂第i阶模态坐标函数q_i(t)与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的数学模型表示如下：

式中，用撇表示φ_i(x)对x求导，用点表示q_i(t)对时间t求导，E为起重臂的弹性模量，I为起重臂的截面惯性矩，m为起重臂的单位长度质量，L为起重臂的长度，g为重力加速度；φ_j(x)为起重臂第j阶振型函数，i,j＝1,2,3…；

获取塔式起重机正常工作时斜拉调节绳与起重臂铰接处的实时振动幅值y(x_l,t)(也就是y(x,t)中的x)，x_l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到起重臂臂根的距离，结合以上两个公式计算该实时振动幅值对应的起重臂第i阶模态坐标函数q_i(t)。

4.根据权利要求1所述的自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法，其特征是：所述计算起重臂的实时动刚度的过程是：

基于起重臂振动幅值与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的关系模型，推导出起重臂实时动刚度的数学表达式，起重臂的实时动刚度矩阵为：

式中，为起重臂的第j阶振动主模态质量，m为起重臂的单位长度质量，L为起重臂(悬臂梁)的长度；为起重臂第j阶振动频率，其中，为起重臂的第j阶振动主模态刚度，E为起重臂的弹性模量，I为起重臂的截面惯性矩；β为刚度阻尼系数，g为重力加速度；φ_i(x)为起重臂第i阶振型函数，φ_j(x)为起重臂第j阶振型函数，i,j＝1,2,3…；

根据上式和实测的变幅运动的实时位移x_a、速度加速度和起重量m_a，计算起重臂相对应的实时动刚度。

5.根据权利要求1所述的自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法，其特征是：所述计算所需调节的斜拉调节绳长度的过程是：

起重臂在下一时刻需要调节斜拉调节绳的长度为：

式中，Δl((k+1)T)为斜拉调节绳在(k+1)T时刻需改变的长度，y(x_l,(k+1)T)为在(k+1)T时刻斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值，l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到定滑轮的距离，x_l为斜拉调节绳与起重臂铰接处到起重臂臂根的距离，T为采样周期，k＝1,2,3…。

6.一种自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的系统，其特征是：包括斜拉调节绳、激光测距仪、黑匣子、中控系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统、起重臂动刚度计算子系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统以及起重臂动刚度自适应调节子系统；

斜拉调节绳一端与起重臂铰接，一端与起重臂动刚度自适应调节子系统连接；

激光测距仪安装在起重臂上斜拉调节绳与起重臂铰接处的正下方，用于测量斜拉调节绳与起重臂铰接处到地面的距离；

黑匣子用于储存和输出变幅运动的位移、速度、加速度和起重量；

中控系统，用于控制数据传输，将由激光测距仪输出的数据转换为起重臂的实时振幅输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统，将由黑匣子输出的变幅运动的位移、速度、加速度和起重量输入到起重臂动刚度计算子系统，将由斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值和频率预测子系统输出的数据输入到起重臂动刚度自适应调节系统；

斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统，用于建立起重机变幅运动位移、速度、加速度和起重量对斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值和频率影响规律的数学表达式；利用由中控系统输出的起重臂实时振幅、变幅运动位移、速度、加速度和起重量根据对应关系计算起重臂实时模态坐标并输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值预测子系统；

起重臂动刚度计算子系统，基于起重臂振动幅值与变幅运动和起重量的关系模型，利用中控系统输出的变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量根据起重臂实时刚度计算出起重臂的实时动刚度并输入到斜拉调节绳与起重臂铰接处振动幅值和频率预测子系统；

斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统，基于起重臂振动系统的动力学模型建立差分方程，利用由起重臂动刚度计算子系统输出的实时动刚度和斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标计算子系统输出的实时模态坐标计算起重臂下一时刻的振动幅值并输入到中控系统；

起重臂动刚度自适应调节子系统，包括伺服驱动器和伺服电机，利用由中控系统输出的起重臂下一时刻的振动幅值计算下一时刻所需调节的斜拉调节绳的长度，伺服驱动器驱动伺服电机运动，调节斜拉调节绳的长度，调整起重臂的刚度，达到消除起重臂的振动的目的。