CN113353803A - 一种旋流井行车自动精确快速定位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋流井行车自动精确快速定位控制方法,属于自动化控制领域,包括行车位置检测、防摇控制、大小车停机滑行距离获得、控制大小车电机运行、大小车停机控制、降后重调车速、二次位置调整。与现有技术相比较,提升了行车位置定位控制速度,提高了位置控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算方法,特别是一种适用于旋流井行车的自动精确快速定位控制方法。
背景技术
旋流井是一种涡流式沉淀池,一般采用旋流井行车抓取底部的残渣。旋流井行车的目的是实现对旋流井内渣料的抓取、存放及装车功能,要实现旋流井行车自动控制时,确保行车高效运行,必须实现行定位精确稳定控制。现有技术中,行车自动定位控制采用死区控制算法,即根据行车实际位置在设定位置死区范围内停车,这种控制方法,行车经常出现过冲或欠行,导致行车来回调整,直到控制位置偏差达到所允许的范围后停止,控制时间长,定位精度低;另外由于行车在启停、加减速过程会导致所悬挂的抓斗产生一定摆幅的摆动,又导致所抓物料长时间不能稳定,影响自动控制效率。
因此业内急需一种行车控制平稳并确保行车抓斗能准确快速地到达目标位置的行车控制方法。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足,提供一种旋流井行车自动精确快速定位控制方法,通过该算法实现对氧化铁皮的装车模型控制,继而解决行车抓斗自动控制装车的技术问题。解决旋流井行车控制中的摇晃、定位精度低、控制时间长等问题。本发明是一种自动平稳并确保抓斗能准确快速地到达目标位置的行车控制算法。
本发明解决其技术问题的技术方案是:一种旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:包括行车位置检测、防摇控制、大小车停机滑行距离获得、控制大小车电机运行、大小车停机控制、降后重调车速、二次位置调整,其中
(1)行车位置检测:包括大车平面位置、小车平面位置、抓斗垂直位置,进而将行车抓斗位置构成一个立体三维模型;
(2)防摇控制:为变频自带防摇控制;
(3)大小车停机滑行距离获得:通过采集行车在不同运行速度下停机后的滑行距离,并采用曲线拟合控制算法得到滑行距离与车速度的数学模型公式,然后根据发出停机命令时的大小车变频频率,代入所述的数学模型公式,得到滑行距离;
(4)控制大小车电机运行:根据设定位置与当前位置,确定大小车运行方向,并按设定速度运行;
(5)大小车停机控制:根据当前速度,计算滑行距离,获得大小车理论最终停止位置;根据设定位置、理论最终停止位置位和运行方向,获得停机条件:停机条件满足后,停止大小车;
(6)降后重调车速:大小车发出停止命令后,如果电机变频器频率降至5Hz时,重新计算当前车滑行距离,分析大小车理论最终停止位置,并根据设定位置、理论最终停止位置位和运行方向,重新控制变频运行;
(7)二次位置调整:若最终的位置控制偏差>位置控制精度,这时,需要对行车大小车位置再次进行调整;行车按5Hz频率启动运行,运行时间t按公式:t=k×s执行,t为运行时间,k为常数,s为位置偏差。
上述的大、小车平面位置检测采用个格雷编码电缆定位技术,所述的抓斗垂直位置采用绝对值编码器进行定位。
上述抓斗起升机构采用起重专用变频器,大小车采用带有防摇功能的起重机专用变频器。
上述的滑行距离与车速度的数学模型公式获取步骤为:
①将大小车电机变频频率以5Hz为一刻度单位,规划为10刻度,分别为5Hz、10Hz、…、50Hz;
②对控制车转速的变频从低到高按设定频率进行③-⑦的测试;
③启动变频按设定频率运行,并达到设定频率,车速稳定;
④手动停止大小车,并记录停止前大小车位置S0;
⑤当大小车完全停止后,记录当前大小车位置S1;
⑥计算得到在控制车运行变频在当前频率下的滑行距离=|S1-S0|;
⑦转到③,重复3次后,取3次的平均滑行距离为当前变频运行频率下的最终滑行距离;
⑧转到②,重新设定一个频率测试,直到10个频率全部检测完成;
⑨根据这10个速度与滑行距离关系表,利用曲线拟合算法,获得大小车在某一速度下,发出停机命令后滑行距离数学模型公式。数学模型公式为一元多次方程式。
上述的理论最终停止位置=当前位置+滑行距离×方向系数;当电机正向运行,方向系数取1,当反向运行,方向系数取-1;所述的停机条件:(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≤0。
上述的常数k在调试过程中调整获取,具体方法为:先按1取值,如超调了,则减小,欠调则增大,直到获得满意值为止。
与现有技术相比较,本发明所涉及的行车车位置控制,电机控制采用带有防摇功能的起重机专用变频器,采用防摇晃功能,解决自动控制下的行车摇晃问题;位置检测采用格雷编码电缆定位技术,位置检测精度高;定位控制算法,自动预测滑行距离,并建立目标距离与速度控制模型控制算法,能有效地一次控制行车达到目标位置,解决了行车位置控制中经常出现超行或欠行而导致多次来回控制行车的难题,提升了行车位置定位控制速度,提高了位置控制精度。行车位置控制精度≤20mm,行车大小车运行在最大速度50Hz的情况下,停机控制时间≤3s。
附图说明
图1是本发明变频防摇未激活前后的控制速度曲线对照图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明为一种旋流井行车自动精确快速定位控制方法,行车大车、小车、控制抓斗电机全部采用变频控制,采用PLC控制技术,通过通讯总线和各个变频器进行通讯,实现对行车控制。
其中的行车电机采用带有防摇功能的起重机专用变频器,通过变频防摇功能解决了自动控制行车摇晃问题。
而PLC快速精确位置控制包括以下部分:-
1、行车位置检测
行车位置检测包括大车平面位置、小车平面位置、抓斗垂直位置,进而将行车抓斗位置构成一个立体三维模型。
所述的大、小车平面位置检测采用个格雷编码电缆定位技术,所述的抓斗垂直位置采用绝对值编码器进行定位。
2、防摇控制
行车正常工作时,大、小车运行机构在启动、制动过程中所产生的加、减速过程会导致所悬挂的抓斗产生一定摆幅的摆动,吊具对物料的抓取和卸载作业无法安全、有效地进行,直接影响到了起行车使用的生产效率,对频繁作业的旋流井行车而言,这种摆动制约着生产效率的提升,也对设备和起重机本身带来极大的安全隐患。为此将抓斗摆动的摆幅抑制在一定安全范围内也是需要解决的问题。
在自动化控制行车时,就只能依靠防摇设备和自动控制算法来防止载荷发生摇摆,防摇设备一般采用电子防摇产品实现,较为成熟的为变频防摇控制功能,该技术应用广泛,成本较低。
变频自带防摇控制技术采用开环防摇摆控制技术,通过修改发给电气控制系统的速度命令信号而连续限制摆动,通过检查吊钩的起升高度来计算摆动的角度,然后通过给定的加速度和减速来抵消摆角。该技术为现有技术,此处不再具体叙述。
抓斗起升机构采用标准的起重专用变频器,大小车采用带有防摇功能的起重机专用变频器。
3、大小车停机滑行距离获得
行车能有高效自动运行,关键在于大小车稳定位置控制,即控制大小车平稳走行到设定位置。由于大小车采用带有防摇功能的起重机专用变频器,为实现防摇功能,变频器通过检查吊钩的起升高度来计算摆动的角度,然后通过给定的加速度和减速来抵消摆角,行车未激活防摇功能大小车走形的变频速度,在加、减速阶段,可以按线性进行控制。大小车变频接收到停机命令后,其滑行距离可以根据当前速度和减速时间计算获得;而变频激活防摇功能后,变频收到停机命令后,为消除摇晃,变频控制速度为非线性的,无法计算获得,而这段距离称之为滑行距离。变频防摇未激活前后的控制速度曲线见图1。在位置控制时,必须考虑这一滑行距离。通过变频的防摇功能控制后,行车大小车滑行距离与大小车的速度、挂物吊索长度、吊物重量等多个因素相关,但核心主要影响因素为大小车运行速度,速度越快,其滑行距离越长,其它因素影响小。
(1)滑行距离与车速度的关系式获取:通过采集行车在不同运行速度下停机后的滑行距离,并采用曲线拟合控制算法得到,步骤为:
①将大小车电机变频频率以5Hz为一刻度单位,规划为10刻度,分别为5Hz、10Hz、…、50Hz;
②对控制车转速的变频从低到高按设定频率进行③-⑦的测试;
③启动变频按设定频率运行,并达到设定频率,车速稳定;
④手动停止大小车,并记录停止前大小车位置S0;
⑤当大小车完全停止后,记录当前大小车位置S1;
⑥计算得到在控制车运行变频在当前频率下的滑行距离=|S1-S0|;
⑦转到③,重复3次后,取3次的平均滑行距离为当前变频运行频率下的最终滑行距离;
⑧转到②,重新设定一个频率测试,直到10个频率全部检测完成;
⑨根据这10个速度与滑行距离关系表,利用曲线拟合算法,获得大小车在某一速度下,发出停机命令后滑行距离数学模型公式。数学模型公式为一元多次方程式。
(2)停机滑行距离获得:根据发出停机命令时的大小车变频频率,代入数学模型公式,得到滑行距离。
4、控制大小车电机运行
根据设定位置与当前位置,确定大小车运行方向,并按设定速度运行。
5、大小车停机控制
①根据当前速度,计算滑行距离,获得大小车理论最终停止位置:
理论最终停止位置=当前位置+滑行距离×方向系数。
当电机正向运行,方向系数取1,当反向运行,方向系数取-1。
②根据设定位置、理论最终停止位置位和运行方向,获得停机条件:
(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≤0
③停机条件满足后,停止大小车。
6、降后重调车速
大小车发出停止命令后,如果电机变频器频率降至5Hz时,重新计算当前车滑行距离,分析大小车理论最终停止位置,并根据设定位置、理论最终停止位置位和运行方向,重新控制变频运行。
①(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≥0。
该条件满足,表示大小车按当前滑行状态直到完全停止后,大小车位置还未达到设定位置。根据位置偏差进行控制,控制规则如下:
若,(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≤位置控制精度,则维持当前状态,直到电机完全停止。其中位置控制精度指允许的位置偏差值。
若,(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数>位置控制精度,则大小车需要继续运行。这时,变频按“捕捉再启动”运行,即按当前5Hz速度继续启动运行,直到(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≤0,然后停止变频,直到电机完全停止。
②(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数<0。
该条件满足,表示行车停机后,位置超调,需要立即反向调整电机运转,防止过冲,控制规则如下:
若,-1×(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≤位置控制精度,则维持当前状态,直到电机完全停止。
若,-1×(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数>位置控制精度,说明车超调,这时由于行车正按设定方向运行,必须速度降为零后再调整,所以这种情况下,不进行处理,等停车后进行二次位置调整。
7、二次位置调整
根据上述规则控制大小车,当大小车完全停止后,一般情况下位置偏差低于位置控制精度,满足控制要求。但是在一些特殊情况下,例如轨道不平、变频电子防摇控制偏差等问题,使得最终的位置控制偏差>位置控制精度,这时,需要对行车大小车位置再次进行调整。
再次调整时,这时位置偏差距离较小,行车按5Hz频率启动运行,运行时间t按公式:t=k×s执行,t为运行时间,k为常数,在调试过程中调整获取(方法:先按1取值,如超调了,则减小,欠调则增大,直到获得满意值为止),s为位置偏差。
需要说明的是,本实施例中未作详细说明之处,为本领域公知的技术。在上文中,仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样,在不脱离本发明申请实施例的精神或范围的情况下,可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此,附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述,对于本领域的技术人员来说,在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:包括行车位置检测、防摇控制、大小车停机滑行距离获得、控制大小车电机运行、大小车停机控制、降后重调车速、二次位置调整,其中
(1)行车位置检测:包括大车平面位置、小车平面位置、抓斗垂直位置,进而将行车抓斗位置构成一个立体三维模型;
(2)防摇控制:为变频自带防摇控制;
(3)大小车停机滑行距离获得:通过采集行车在不同运行速度下停机后的滑行距离,并采用曲线拟合控制算法得到滑行距离与车速度的数学模型公式,然后根据发出停机命令时的大小车变频频率,代入所述的数学模型公式,得到滑行距离;
(4)控制大小车电机运行:根据设定位置与当前位置,确定大小车运行方向,并按设定速度运行;
(5)大小车停机控制:根据当前速度,计算滑行距离,获得大小车理论最终停止位置;根据设定位置、理论最终停止位置位和运行方向,获得停机条件:停机条件满足后,停止大小车;
(6)降后重调车速:大小车发出停止命令后,如果电机变频器频率降至5Hz时,重新计算当前车滑行距离,分析大小车理论最终停止位置,并根据设定位置、理论最终停止位置位和运行方向,重新控制变频运行;
(7)二次位置调整:若最终的位置控制偏差>位置控制精度,这时,需要对行车大小车位置再次进行调整;行车按5Hz频率启动运行,运行时间t按公式:t=k×s执行,t为运行时间,k为常数,s为位置偏差。
2.根据权利要求1所述的旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:所述的大、小车平面位置检测采用个格雷编码电缆定位技术,所述的抓斗垂直位置采用绝对值编码器进行定位。
3.根据权利要求1所述的旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:所述抓斗起升机构采用起重专用变频器,大小车采用带有防摇功能的起重机专用变频器。
4.根据权利要求1所述的旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:所述的滑行距离与车速度的数学模型公式获取步骤为:
①将大小车电机变频频率以5Hz为一刻度单位,规划为10刻度,分别为5Hz、10Hz、…、50Hz;
②对控制车转速的变频从低到高按设定频率进行③-⑦的测试;
③启动变频按设定频率运行,并达到设定频率,车速稳定;
④手动停止大小车,并记录停止前大小车位置S0;
⑤当大小车完全停止后,记录当前大小车位置S1;
⑥计算得到在控制车运行变频在当前频率下的滑行距离=|S1-S0|;
⑦转到③,重复3次后,取3次的平均滑行距离为当前变频运行频率下的最终滑行距离;
⑧转到②,重新设定一个频率测试,直到10个频率全部检测完成;
⑨根据这10个速度与滑行距离关系表,利用曲线拟合算法,获得大小车在某一速度下,发出停机命令后滑行距离数学模型公式;数学模型公式为一元多次方程式。
5.根据权利要求1所述的旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:所述的理论最终停止位置=当前位置+滑行距离×方向系数;当电机正向运行,方向系数取1,当反向运行,方向系数取-1;所述的停机条件:(设定位置-理论最终停止位置位)×方向系数≤0。
6.根据权利要求1所述的旋流井行车自动精确快速定位控制方法,其特征在于:所述的常数k在调试过程中调整获取,具体方法为:先按1取值,如超调了,则减小,欠调则增大,直到获得满意值为止。
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Denomination of invention: A precise and fast automatic positioning control method for a swirl well crane Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20230317 Pledgee: Rizhao Bank Co.,Ltd. Pledgor: RIZHAO STEEL HOLDING GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2023980072204 |
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