CN110342405B - 一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，包括：1)利用位置传感器和速度传感器实时采集当前起升机构的位置和速度，并反馈至控制器；2)控制器根据实际速度计算出在此速度下，达到最终速度所运动的位移，并与目标位移进行比较；3)将采样速度值带入一阶滞后滤波算法，读入滤波系数值，及上一次滤波值的初始值后，将采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算后，得到当前滤波值；4)将当前滤波值替换上一次滤波值，并存入数组，使得以此速度运动的位移与目标位移相等；5)往复循环，从而使起升机构精确的完成预定的动作，到达指定位置。本发明能够提高集装箱跨运车上起升机构在执行操作时的定位精度，及起升机构的工作效率。

Description

一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法
技术领域
本发明涉及集装箱跨运车起升机构位置控制技术，更具体地说，涉及一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法。
背景技术
集装箱跨运车是集装箱装卸设备中的一种，通常承担由码头前沿到堆场的水平运输或者堆场的集装箱堆码工作，它以门形车架跨在集装箱上，由装有集装箱吊具的液压升降系统吊起集装箱，进行搬运，并可将集装箱堆码二、三层高。由于集装箱跨运车具有机动灵活、效率高、稳定性好、轮压低等特点，得到普遍的应用，集装箱跨运车作业对提高码头前沿设备的装卸效率十分有利。
集装箱跨运车需要通过起升机构控制吊具的上升、下降，实现搬运、堆垛集装箱。如图1所示，传统的集装箱跨运车上起升机构的结构，双输出轴电机11的两个轴同向转动，驱动联轴节12转动，在制动器10未制动时，联轴节12能够驱动制动器10中的制动轴转动，继而制动器10中的制动轴向行星减速箱9提供动力，卷筒8在行星减速箱9的驱动下转动。在两个个卷筒8上各连接有两根钢丝绳，钢丝绳的一端与卷筒8相连接，另一端穿过吊具对应的滑轮后固定在跨运车的车架上。当双输出轴电机11转动并最终驱动卷筒8转动，连接在卷筒8上的四根钢丝绳随着卷筒8一起转动并缠绕在卷筒8上，进而实现吊具的起升运动。上述起升机构的速度主要是由双输出轴电机11进行控制，进而实现对起升机构位置的控制。
但是，上述这种控制方法会使吊具有一个“爬坡”的过程，即在最后阶段，吊具会非常缓慢的接近预定位置，这就意味着跨运车工作的效率会因此而降低，而且用此种方法控制的起升机构定位精度差，往往会出现吊具“过冲”现象，即吊具超出预定位置。
如图2所示，传统的起升机构的工作原理为
Figure 77450DEST_PATH_IMAGE001
，s为起升机构的运动 位移，v1为起升机构的实际速度，v0为最终速度，a为起升机构的加速度。当起升机构在执行 起升或者下降指令时，位置传感器和速度传感器实时采集起升机构的当前位置和速度并反 馈给控制器，控制器根据实际速度计算出此速度下达到最终速度所运动的位移s，并与目标 位移△s进行比较后，调整加速度a以改变实际速度。但是由于传感器的采样时间是不连续 的，在实际操作中，目标速度曲线1会与初次采样后速度变化曲线4形成一个区域，即起升机 构目标位移与实际位移的差值。同样的，目标速度曲线1会与二次采样后速度变化曲线5形 成一个区域，因此，起升机构的目标位移会始终与实际位移出现偏差。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，能够提高集装箱跨运车上起升机构在执行操作时的定位精度，及起升机构的工作效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，包括以下步骤：
1）利用位置传感器和速度传感器实时采集当前起升机构的位置和速度，并反馈至控制器；
2）控制器根据所采集的实际速度计算出在此速度下，达到最终速度所运动的位移，并与目标位移进行比较；
3）将步骤2）中由控制器比较后的采样速度值带入一阶滞后滤波算法，由一阶滞后滤波算法读入滤波系数值，及上一次滤波值的初始值后，将采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算后，得到当前滤波值；
4）将步骤3）中所得的当前滤波值替换上一次滤波值，并存入数组，使得以此速度运动的位移与目标位移相等；
5）往复步骤1）至4）循环，从而使起升机构精确的完成预定的动作，到达指定位置。
上述控制方法中所述控制器为PLC。
所述步骤3）中滤波系数值A的取值范围为[0,1]。
所述步骤3）中采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算，采用具体的计算公式：当前滤波值=（1-A）*当前采样值+A*上次滤波值，其中A为需要控制的滤波系数值，根据不同的工况选取不同的数值。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，还具有以下几点有益效果：
1）本发明控制方法无需增加任何硬件设备，成本低、可靠性高，定位精度可达到0.5cm；
2）本发明控制方法采用一阶滞后滤波算法，结构形式简单，通过改变滤波系数，就能得到不同的滤波特性，可以对滤波效果实时调整。
附图说明
图1是现有集装箱跨运车上起升机构的结构示意图；
图2是传感器采集起升机构的速度变化曲线图；
图3是本发明控制方法采用一阶滞后滤波算法的流程图；
图4是采集到起升机构中行星减速器的采用数据曲线与目标曲线的对比图；
图5是速度传感器测得起升机构的实际运动速度曲线与目标运动速度曲线的对比图；
图6是本发明控制方法中滤波系数值为0.2时，所采集到起升机构中行星减速器的采用数据曲线与目标曲线的对比图；
图7是本发明控制方法中滤波系数值为0.5时，所采集到起升机构中行星减速器的采用数据曲线与目标曲线的对比图；
图8是本发明控制方法中滤波系数值为0.9时，所采集到起升机构中行星减速器的采用数据曲线与目标曲线的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图2所示，其中，1为目标速度曲线，2为速度传感器的初次采样值，3为速度传感器的二次采样值，4为初次采样后速度变化曲线，5为二次采样后速度变化曲线。速度传感器初次采样值2和二次采样值3间连线的斜率为实际加速度值，起升机构以此加速度值做匀加速运动，但是这样运动会与目标速度曲线存在一定的偏差（比目标速度曲线偏大），所以会使起升机构的实际运动距离偏大，从而造成起升机构的过冲。
请结合图3所示，本发明所提供的一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，包括以下步骤：
1）当起升机构在执行起升或者下降指令时，利用位置传感器和速度传感器实时采集当前起升机构的位置和速度，并反馈至控制器；
2）控制器根据所采集的实际速度计算出在此速度下，达到最终速度所运动的位移s，并与目标位移△s进行比较；
3）将步骤2）中由控制器比较后的采样速度值带入一阶滞后滤波算法，由一阶滞后滤波算法读入滤波系数值A，及上一次滤波值的初始值后，将采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算后，得到当前滤波值（即为图2中的点6）；
4）将步骤3）中所得的当前滤波值替换上一次滤波值，并存入数组，使得以此速度运动的位移与目标位移相等；
5）往复步骤1）至4）循环，从而使起升机构精确的完成预定的动作，到达指定位置。
较佳的，上述控制方法中所述控制器为PLC。
较佳的，所述步骤3）中滤波系数值A的取值范围为[0,1]。
较佳的，所述步骤3）中采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算，采用具体的计算公式：当前滤波值=（1-A）*当前采样值+A*上次滤波值，其中A为需要控制的滤波系数值，根据不同的工况选取不同的数值。
请结合图4所示，根据行星减速器在工作过程中原始采样数据绘制的曲线对比图，曲线13为根据原始采样数据所绘制的曲线，曲线14为目标曲线。
请结合图5所示，根据速度传感器测得起升机构的实际运动速度曲线如图中曲线15，与起升机构的目标运动速度曲线16相比，并不是一条圆滑曲线。
请结合图6至图8所示，采用本发明控制方法根据一阶滞后滤波算法通过改变滤波系数值A（图6中滤波系数值A取值0.2，图7中滤波系数值A取值0.5，图8中滤波系数值A取值0.9），可以看出所测得曲线与目标曲线相吻合。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用位置传感器和速度传感器实时采集当前起升机构的位置和速度，并反馈至控制器；
2)控制器根据所采集的实际速度计算出在此速度下，达到最终速度所运动的位移，并与目标位移进行比较；
3)将步骤2)中由控制器比较后的采样速度值带入一阶滞后滤波算法，由一阶滞后滤波算法读入滤波系数值，及上一次滤波值的初始值后，将采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算后，得到当前滤波值；
4)将步骤3)中所得的当前滤波值替换上一次滤波值，并存入数组，使得以此速度运动的位移与目标位移相等；
5)往复步骤1)至4)循环，从而使起升机构精确的完成预定的动作，到达指定位置。
2.如权利要求1所述的一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，其特征在于：上述控制方法中所述控制器为PLC。
3.如权利要求1所述的一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤3)中滤波系数值A的取值范围为[0,1]。
4.如权利要求1所述的一种集装箱跨运车起升机构精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤3)中采样速度值带入一阶滞后滤波算法进行运算，采用具体的计算公式：当前滤波值＝(1-A)*当前采样值+A*上次滤波值，其中A为需要控制的滤波系数值，取值范围为[0,1]。
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