CN111302222A - 一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法 - Google Patents

一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法，小车随机位置停车下的定位防摇控制：以小车运行速度为期望速度，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在给定停止信号后，设定给定停止信号时小车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的小车速度计算小车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制；大车定位防摇控制与小车相同；可实现随机停车，并减少位置传感器的使用，利用简单的速度编码器来进行短距离的位置反馈，在不影响控制效果的同时降低成本，而且会使得控制系统更简单，能抵御外界冲击。

Description

一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法
技术领域
本发明涉及起重机领域，具体涉及一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法。
背景技术
桥式起重机是一种应用十分广泛的工业起重吊运装备。作为一种特种大型机械设备，在各种各样的工业环境使用过程中，也对一系列保障其安全、高效、稳定运行的自动化控制技术有相当的需求。
桥式起重机在作业中采用缆绳吊运货物，货物伸展方向与起重机小车大车运动平面呈大角度相交。由于在吊运过程中会伴随着货物的加速与减速，由于加减速过程的存在，起重机势必会存在摆动问题，这种摆动在起重机的启动和制动过程中较为明显。摆动问题对速度的提升有一定制约，货物吊运速度越大摆动越难以控制，而且在吊运结束时由于摆动的存在会使货物难以精确定位，加长了吊运时间，影响了吊运效率的提升。同时摆动的存在也对吊运过程中的安全性带来了影响，比如在冶金工业，起重机吊运钢水包的过程中对摆动的要求极为严格，如果吊运过程中钢包存在较大摆动轻则会造成钢水洒漏重则会造成钢包倾覆，带来极大的安全隐患。
目前，桥式起重机闭环防摇控制策略主要是角度单闭环控制，小车的最终位置和操作人员的期望位置差距较大，在实际应用过程中，难以实现随机停车码放，影响工作效率，可行性较差。少量闭环防摇控制系统增加了位移传感器，常用的位移传感器有超声波传感器、激光和红外线传感器等，价格普遍比较昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法，在不影响控制效果的同时降低了成本，同时也使得整个控制系统相较于双闭环更简单，并具有抵抗外界冲击能力。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、预设：设定小车期望运行速度Vx、大车期望运行速度Vd、加速过程的加速度为a，起吊绳长l；
S2、小车随机位置停车下的定位防摇控制：以小车运行速度Vx为期望速度，起吊绳长为l，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人发出给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在起重机操作工人发出给定停止信号后，设定给定停止信号时小车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的小车速度计算小车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制；
S3、大车随机位置停车下的定位防摇控制：以大车运行速度Vd为期望速度，起吊绳长为l，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人发出给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在起重机操作工人发出给定停止信号后，设定给定停止信号时大车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的大车速度计算大车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制；
所述的起重机随机位置停车定位防摇控制器采用以速度为输入的起重机动力学模型传递函数。
按上述方案，在负载摆角反馈防摇控制和位置闭环控制中，采用的控制方法均为PID控制算法。
按上述方案，绳长通过起升编码器实时测量获得。
按上述方案，负载摆角通过倾角传感器实时测量获得。
按上述方案，在负载摆角反馈防摇控制和位置闭环控制中，通过大车变频器和小车变频器驱动大车运行机构和小车运行机构运行来消除负载的摆动。
本发明的有益效果为：通过采用预先构建好的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人给停止信号之前只考虑对负载摆角进行反馈控制，给定停止信号时进行摆角和位置的双闭环控制，可以实现随机停车，并减少位置传感器的使用，利用简单的速度编码器来进行短距离的位置反馈，在不影响控制效果的同时降低成本，而且会使得控制系统更简单，能抵御外界冲击。
附图说明
图1为本发明一实施例的系统结构示意图。
图2为本发明一实施例的方法流程图。
图3为本发明一实施例的减速示意图。
图4为本发明一实施例的速度示意图。
图5为本发明一实施例的摆角响应图。
图6为本发明一实施例的位移示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法采用的控制系统包括控制器、起升变频器、起升电机、起升运行机构、起升编码器、倾角传感器、大车变频器、小车变频器、大车电机、小车电机、大车运行机构、小车运行机构、大车速度编码器、小车速度编码器等。给定停止信号前，控制器根据大车和小车设定的期望运行速度，倾角传感器和起升编码器实时测量负载摆角和绳长，做单闭环控制；给定停止信号后，设此时的位移为零，根据大车和小车速度编码器反馈实际运行速度来计算大车和小车的运行位移，以此形成位置闭环，控制器根据位移和负载摆角反馈做双闭环控制。结合控制算法并分别通过大车变频器和小车变频器驱动大车运行机构和小车运行机构运行来消除负载的摆动。
具体的，本发明提供一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、预设：设定小车期望运行速度Vx、大车期望运行速度Vd、加速过程的加速度为a，起吊绳长l。
S2、小车随机位置停车下的定位防摇控制：以小车运行速度Vx为期望速度，起吊绳长为l，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人发出给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在起重机操作工人发出给定停止信号后，设定给定停止信号时小车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的小车速度计算小车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制。负载摆角反馈防摇控制是要控制运行到期望位置时的负载摆角。
S3、大车随机位置停车下的定位防摇控制：以大车运行速度Vd为期望速度，起吊绳长为l，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人发出给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在起重机操作工人发出给定停止信号后，设定给定停止信号时大车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的大车速度计算大车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制。
所述的起重机随机位置停车定位防摇控制器采用以速度为输入的起重机动力学模型传递函数：
Figure BDA0002393654050000031
g为重力加速度。这是经过拉普拉斯变换后得到的传递函数，具体形式为：
Figure BDA0002393654050000032
Figure BDA0002393654050000033
经过拉普拉斯变换后为
Figure BDA0002393654050000034
则
Figure BDA0002393654050000035
小车位移x、负载摆角θ上的两个点的含义为二阶导。
在应用到小车和大车随机位置停车下的定位防摇控制时，起吊绳长l的具体数值不同。
具体确定过程如下：
首先建立起重机二维动力学模型。以小车位移x、负载摆角θ、起吊绳长l为广义坐标求取系统拉格朗日方程，经过线性化和一定简化后得到起重机动力学微分方程：
Figure BDA0002393654050000041
其中F为驱动力，Fx为摩擦力，M为小车质量，m为负载质量，g为重力加速度。考虑到实际的起重机控制系统多为速度输入，以驱动力为输入时，难以直接进行控制，而且需要考虑小车和负载质量的影响。故建立以速度为输入的起重机模型，取上述微分方程中的第二个式子，构建以速度为输入的起重机动力学模型传递函数：
Figure BDA0002393654050000042
本发明的创新点在于提供不同时间段采用的控制策略，而在负载摆角反馈防摇控制和位置闭环控制中，采用的控制方法可以是不同的算法，本发明具体的控制算法均采用PID控制算法。
起重机随机位置停车下的定位防摇控制方法考虑在给定停止信号时进行定位防摇控制，主要有两种类型如图3所示，即在加速阶段给定停止信号和在匀速阶段给定停止信号，对于停止形式1，在加速阶段只进行角度闭环控制，在t1时刻给定停止信号开始减速，控制器将此时的位移设为零，由速度编码器反馈的速度计算位移作为位置闭环，与角度闭环共同形成双闭环控制。对于停止形式2，在加速阶段和匀速阶段进行角度闭环控制，在t2时刻给定停止信号，此时开始双闭环控制。可以实现在任意位置的定位防摇控制。由于起重机随机位置停车下的定位防摇控制策略在给定停止信号前，只考虑角度反馈防摇控制，此期间不需要处理位置信号，会简化系统；在给定停止信号后，速度编码器可以在短距离内准确的反馈计算小车位移，可以减少位置传感器的使用，大幅降低成本，而且整个系统还存在抵抗外界冲击的能力。
本实施例中，如图4所示为起重机小车随机位置停车定位防摇控制的速度示意图，在t＝60s时，给定停止信号，开始进行位置角度双闭环控制，图5和图6分别为摆角和位移示意图，可以发现系统具有较好的防摇定位控制效果。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可实现随机位置停车的桥式起重机定位防摇控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、预设：设定小车期望运行速度Vx、大车期望运行速度Vd、加速过程的加速度为a，起吊绳长l；
S2、小车随机位置停车下的定位防摇控制：以小车运行速度Vx为期望速度，起吊绳长为l，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人发出给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在起重机操作工人发出给定停止信号后，设定给定停止信号时小车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的小车速度计算小车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制；
S3、大车随机位置停车下的定位防摇控制：以大车运行速度Vd为期望速度，起吊绳长为l，初始负载摆角为零，采用预先构建的以速度为输入的起重机随机位置停车定位防摇控制器，在起重机操作工人发出给定停止信号前，只进行负载摆角反馈防摇控制，在起重机操作工人发出给定停止信号后，设定给定停止信号时大车的位移为零，利用速度编码器实时反馈的大车速度计算大车位移，进行位置闭环控制，从而实现双闭环控制；
所述的起重机随机位置停车定位防摇控制器采用以速度为输入的起重机动力学模型传递函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在负载摆角反馈防摇控制和位置闭环控制中，采用的控制方法均为PID控制算法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：绳长通过起升编码器实时测量获得。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：负载摆角通过倾角传感器实时测量获得。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在负载摆角反馈防摇控制和位置闭环控制中，通过大车变频器和小车变频器驱动大车运行机构和小车运行机构运行来消除负载的摆动。
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