CN114604314B - 起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备 - Google Patents
起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114604314B CN114604314B CN202210330663.4A CN202210330663A CN114604314B CN 114604314 B CN114604314 B CN 114604314B CN 202210330663 A CN202210330663 A CN 202210330663A CN 114604314 B CN114604314 B CN 114604314B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- speed
- section
- trolley
- cart
- crane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 17
- XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N prednisone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3C(=O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N 0.000 claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012356 Product development Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
- B60W30/02—Control of vehicle driving stability
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
- B60W30/02—Control of vehicle driving stability
- B60W30/045—Improving turning performance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Control And Safety Of Cranes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备及存储介质，其中方法包括：获取控制参数；将当前位置与目标点间的多点通过路径，分解为多个循环段和最终停车段，其中每个循环段包括一个变速段和一个匀速段；对于每个循环段，计算小车、大车两个方向匀速段目标速度和匀速运动结束位置；在变速段基于最优轨迹防摆控制；最终停车段包括减速段和停车位置校正，将小车、大车位置调整到停车段位置校正偏差范围内。本发明改变了起重机原本需要通过减速到零、再加速到目标速度的变速运动的传统转弯过程，实现了起重机防摆控制中多路径运行时非零速连续转向，提升了工作效率，并保证了运行的平稳性和防摆的效果。
Description
技术领域
本发明涉及起重机多路径下运动防摆控制领域，尤其涉及一种起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备及存储介质。
背景技术
起重机，通常由桥架、大车行移装置、小车行移装置、提升装置、控制柜等部分构成，桥架沿两侧轨道纵向运行，能够充分利用桥架下面空出的空间吊运货物。其方便省力，广泛应用于车间、港口码头、仓库、高层建筑工地等场所，在现代国民经济生产中占有重要的地位，是物流运输、生产建设中的关键设备。我国起重机行业持续性增长，工程起重机行业在技术创新能力、产品开发能力、制造能力、产业链掌控能力实现跨越式提升，全球产业地位也迅速提高，正在全力向全球起重机制造业中高端迈进。据统计，2021年工程起重机共计销售79000台，同比增长约20％。
起重机实际运行过程中，经常会遇到当前位置与目标点之间存在障碍或者禁行区域等情况，起重机需要规划连续多点通过。同时，起重机由于采用柔性钢绳调运货物，在起重机启停变速时必然会出现摆动，导致运行效率低下和安全隐患，这使得起重机的运行也必须特别注意消摆。连续多点通过路径中，仍旧采用传统的两点间的防摆，则需要在中间各点位置先减速到零、再加速到目标速度，每个中间点需要两次变速运动，导致运行效率低下。
在已有的防摆控制相关研究中，存在一些关于防摆的专利文献：中国专利CN110775818B和CN109896423A均为闭环防摆控制，虽然连续转向过程精度高，防摆控制效果好，但是对环境的适应性不好(比如：传感器安装较为复杂，并且在一些露天起重机应用时，也需具有较好的防水性)，同时传感器的精度和延时性也会对防摆效果带来一定影响，且整体价格昂贵，普适性较差；中国专利CN106927366A和CN110294414A等为开环防摆控制，但是均没有涉及连续转向过程。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备及存储介质，以解决目前起重机防摆控制中无法实现非零速连续转向、连续转向运行效率低的问题。
第一方面，提供了一种起重机非零速连续转向控制方法，包括：
S1：初始化基本控制参数；
S2：获取小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax，变速时间Tacc，以及获取预规划运行依次通过的坐标点O(X0,Y0)、B(X1,Y1)、C(X2,Y2)，…，N(Xn,Yn)；将当前位置O(X0,Y0)与目标点N(Xn,Yn)之间的多点通过路径，分解为n个循环段和最终停车段，其中每个循环段包括一个变速段和一个匀速段；
S3：基于当前循环段i的起点及下一通过的坐标点位置坐标，以及小车、大车的最大规划运行速度，变速时间Tacc，计算小车、大车两个方向匀速段目标速度和匀速运动结束位置，其中，i＝1,2,…,n，小车、大车两个方向匀速段目标速度也为下一循环段初速度；
S4：根据当前循环段小车、大车的初速度、匀速段目标速度、变速时间，基于最优轨迹防摆控制，输出小车、大车实时速度和方向，起重机进行变速段防摆运行；
S5：计算当前循环段匀速段运行结束位置偏差，若小车、大车至少有一个在其方向满足匀速段运行结束位置偏差小于或等于预设匀速段运行结束位置偏差，则小车、大车两个方向均停止匀速运动；进入下一个循环段，重复步骤S3～S5，直至走完所有循环段；
S6：最终停车段包括减速段和停车位置校正，减速段进行防摆运行，停车位置校正将小车、大车位置调整到停车段位置校正偏差范围内。
进一步地，所述基本控制参数包括吊重绳长l，运动过程中速度控制离散时间间隔tper，预设匀速段运行结束位置偏差ΔE1，停车段位置校正时间Tst，停车段位置校正偏差ΔE2。
进一步地，所述小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax通过如下方法得到：
初始化小车、大车的最大运行速度Vxp、Vyp；
获取规划路径中小车、大车的速度系数α1、α2；
则小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax为：
Vxmax＝Vxp×α1
Vymax＝Vyp×α2。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
S31：首先运行第1循环段，结合当前位置O(X0,Y0)与下一通过坐标点B(X1,Y1)，获取小车、大车两个方向的位移ΔX1、ΔY1；
ΔX1＝X1-X0
ΔY1＝Y1-Y0
S32：起始位置O(X0,Y0)，小车、大车初速度Vx0＝Vy0＝0，判断当前循环小车、大车以最大规划运行速度运行时间：
(1)当ΔX1/Vxmax>ΔY1/Vymax时：
小车匀速段目标速度为Vx(1)＝Vxmax，大车匀速段目标速度为：Vy(1)＝Vxmax×ΔY1/ΔX1；
小车方向匀速运行结束位置：
大车方向匀速运行结束位置：
(2)当ΔX1/Vxmax≤ΔY1/Vymax时：
大车匀速段目标速度为Vy(1)＝Vymax，小车匀速段目标速度为：Vx(1)＝Vymax×ΔX1/ΔY1；
小车方向匀速运行结束位置：
大车方向匀速运行结束位置：
则第1循环中匀速运行结束位置(下一循环段初始位置)为：B0(XB0,YB0)；
S33：第2循环段中，以坐标点B(X1,Y1)为起始位置，结合下一通过坐标点C(X2,Y2)，重复步骤S31～S32，同理相应的计算小车、大车两个方向匀速段目标速度(Vx(2)、Vy(2))、匀速运行结束位置C0(XC0,YC0)；
S34：依次计算，直至获取小车、大车各个循环段中匀速段目标速度[(Vx(1)、Vy(1))…(Vx(i)、Vy(i))]、匀速运动结束位置(B0…N0)。
进一步地，所述步骤S4具体包括：
S41：构建起重机线性化模型，基于最优控制理论计算出最佳理论轨迹和最优控制量，根据建立的起重机系统状态方程及性能评价指标联立成微分方程组，求解状态量的轨迹方程；
S42：结合当前循环段的变速段实际过程，将边界条件代入微分方程组，可以得到关于初速度、匀速段目标速度和变速时间的参数方程，再将每次变速段的初速度、匀速段目标速度和变速时间代入参数方程可以得到最优轨迹参数值；
S43：基于得到的最优轨迹参数值求得轨迹方程解析解，并结合吊重绳长l，代入起重机线性化模型，获取每个速度控制离散时间间隔tper下速度值，速度组数P＝Tacc/tper，根据当前时间t＝tper×j(j＝1,2,…,P)输出小车、大车的速度，起重机根据获取的小车、大车速度进行防摆运行。
进一步地，所述步骤S6具体包括：
S61：减速段防摆运行，最终循环段的匀速段目标速度为减速段小车、大车初速度，减速段小车、大车的目标速度为0，变速时间为Tacc，执行步骤S42～S43一次；
S62：停车位置校正，获取小车、大车实际位置N′(X′n,Y′n)，计算实际位置偏差E2＝|N-N′|；
S63：将实际位置偏差E2与设定的停车段位置校正偏差ΔE2比较；
当E2>ΔE2，计算位置校正目标速度，依次进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行，以及初速度为位置校正目标速度、目标速度为0的防摆运行；返回步骤S62；
当E2≤ΔE2，本次运行结束。
进一步地，所述计算位置校正目标速度，依次进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行，以及初速度为位置校正目标速度、目标速度为0的防摆运行；具体包括：
计算初步目标速度：V′st＝E2/Tst；其中，Tst为设定的停车段位置校正时间；
进一步判断：
当V′st>Vmax，Vmax表示小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax，则变速时间Tacc-st＝Tst×(V′st/Vmax)，确定位置校正目标速度Vst＝Vmax；
当Vmin≤V′st≤Vmax，Vmin表示小车、大车的可以响应的最小速度Vxmin、Vymin，则变速时间Tacc-st＝Tst，确定位置校正目标速度Vst＝V′st；
当V′st<Vmin，则变速时间Tacc-st＝Tst×(Vmin/V′st)，确定位置校正目标速度Vst＝Vmin；
进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行执行步骤S42～S43；之后以初速度为位置校正目标速度、目标速度为0再次执行步骤S42～S43。
第二方面，提供了一种起重机，包括桥架、大车行移装置、小车行移装置、提升装置、控制柜，所述控制柜用于执行如上所述的起重机非零速连续转向控制方法，以对大车行移装置、小车行移装置进行控制。
第三方面，提供了一种电子设备，包括：
存储器，其存储有计算机程序；
处理器，用于加载并执行所述计算机程序以实现如上所述的起重机非零速连续转向控制方法。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的起重机非零速连续转向控制方法。
有益效果
本发明提出了一种起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备及存储介质，通过将规划路径划分为多个循环段和最终停车段，每个循环段包括一个变速段和一个匀速段，每个变速段基于最优轨迹防摆控制，同时匀速段的速度作为下一个循环段的变速段的初速度，如此反复走完所有循环段，最后完整最终停车段。该方案改变了起重机原本需要通过减速到零、再加速到目标速度的变速运动的传统转弯过程，实现了起重机防摆控制中多路径运行时非零速连续转向，提升了工作效率，并保证了运行的平稳性和防摆的效果，为起重机智能化控制提供了技术支持。
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是本发明实施例提供的一种起重机非零速连续转向控制方法流程图；
图2是本发明实施例提供的遇到障碍或者禁行区时，小车、大车路径规划二维平面示意图；
图3是本发明实施例提供的小车、大车速度曲线图；
图4是本发明实施例提供的小车、大车二维联动位置-时间曲线图；
图5是本发明实施例提供的小车、大车摆角实测曲线，其中(a)为小车方向摆角，(b)为大车方向摆角，(c)为合成总摆角绝对值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
起重机实际运行过程中，经常会遇到当前位置与目标点之间存在障碍或者禁行区域等情况，起重机需要规划连续多点通过。连续多点通过路径中，现有技术中采用传统的两点间的防摆，则需要在中间各点位置先减速到零、再加速到目标速度，每个中间点需要两次变速运动，导致运行效率低下。
基于此，本发明的目的在于实现起重机连续多点通过路径中非零速连续转向、提高运行效率。为了方便对本发明的技术方案的理解，下面结合以下实施例进行说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种起重机非零速连续转向控制方法，包括：
S1：初始化基本控制参数。
具体地，可建立起重机大小车坐标系，小车、大车方向分别为X、Y。初始化小车、大车最大运行速度Vxp、Vyp，小车、大车极限位置Xmax、Ymax，小车、大车极限位置允许误差范围ΔX、ΔY，吊重绳长l，运动过程中速度控制离散时间间隔tper，预设匀速段运行结束位置偏差ΔE1，停车段位置校正时间Tst，停车段位置校正偏差ΔE2；其中吊重绳长l可通过在起重机上安装编码器或者激光传感器等获取。
S2：获取小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax，变速时间Tacc，以及获取预规划运行依次通过的坐标点O(X0,Y0)、B(X1,Y1)、C(X2,Y2)，…，N(Xn,Yn)；将当前位置O(X0,Y0)与目标点N(Xn,Yn)之间的多点通过路径，分解为n个循环段和最终停车段，其中每个循环段包括一个变速段和一个匀速段。
其中，所述小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax通过如下方法得到：
初始化的小车、大车的最大运行速度为Vxp、Vyp；
获取规划路径中小车、大车的速度系数α1、α2；
则小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax为：
Vxmax＝Vxp×α1
Vymax＝Vyp×α2。
如图2所示，展示了一种小车、大车路径规划二维平面示意图；其中O(A)为起点，预规划运行依次通过的坐标点O(A)、B、C、D，将此多点通过路径分解为三个循环段和一个停车段。O(A)到B0为第一个循环段，其中O(A)到A1为变速段；B0到C0为第二个循环段，其中B0到B1为变速段；C0到D0为第三个循环段，其中C0到C1为变速段；D0到D为最终停车段。
S3：基于当前循环段i的起点及下一通过的坐标点位置坐标，以及小车、大车的最大规划运行速度，变速时间Tacc，计算小车、大车两个方向匀速段目标速度和匀速运动结束位置，其中，i＝1,2,…,n，小车、大车两个方向匀速段目标速度也为下一循环段初速度。
具体地，步骤S3包括：
S31：首先运行第1循环段，结合当前位置O(X0,Y0)与下一通过坐标点B(X1,Y1)，获取小车、大车两个方向的位移ΔX1、ΔY1；
ΔX1＝X1-X0
ΔY1＝Y1-Y0
S32：起始位置O(X0,Y0)，小车、大车初速度Vx0＝Vy0＝0，判断当前循环小车、大车以最大规划运行速度运行时间：
(1)当ΔX1/Vxmax>ΔY1Vymax时：
小车匀速段目标速度为Vx(1)＝Vxmax，大车匀速段目标速度为：Vy(1)＝Vxmax×ΔY1/ΔX1；
小车方向匀速运行结束位置：
大车方向匀速运行结束位置：
(2)当ΔX1/Vxmax≤ΔY1/Vymax时：
大车匀速段目标速度为Vy(1)＝Vymax，小车匀速段目标速度为：Vx(1)＝Vymax×ΔX1/ΔY1；
小车方向匀速运行结束位置：
大车方向匀速运行结束位置：
则第1循环中匀速运行结束位置(下一循环段初始位置)为：B0(XB0,YB0)；
S33：第2循环段中，以坐标点B(X1,Y1)为起始位置，结合下一通过坐标点C(X2,Y2)，重复步骤S31～S32，同理相应的计算小车、大车两个方向匀速段目标速度(Vx(2)、Vy(2))、匀速运行结束位置C0(XC0,YC0)；
S34：依次计算，直至获取小车、大车各个循环段中匀速段目标速度[(Vx(1)、Vy(1))…(Vx(i)、Vy(i))]、匀速运动结束位置(B0…N0)。
S4：根据当前循环段小车、大车的初速度、匀速段目标速度、变速时间，基于最优轨迹防摆控制，输出小车、大车实时速度和方向，起重机进行变速段防摆运行。
具体地，所述步骤S4包括：
S41：构建起重机模型，基于最优控制理论计算出最优理论轨迹和最优控制量，根据建立的起重机系统状态方程及性能评价指标联立成微分方程组，求解状态量的轨迹方程。具体包括：
起重机实际运行时，由于重物的摆角较小，线性化时，取cosθ≈1,sinθ≈θ，可得起重机系统的线性化模型：
其中，F表示驱动力(N)，M表示小车质量(kg)，m表示吊重质量(kg)，x表示位移(m)，θ表示摆角(rad)，l表示绳长(m)，g表示重力加速度(m/s2)。
对起重机系统的线性化模型积分：
控制要求：
即目标速度
由此建立了目标速度与摆角积分的近似关系，令
x2＝θ，
则可将状态方程改为：
边界条件：
评价指标：
构建哈密顿矩阵：
其中最优伴随向量λT＝[λ1～λ3]。
伴随方程：
极值条件：
u＝-λ3
联立成微分方程组：
其中，y1＝λ1,y2＝λ2,y3＝θ,
y6＝λ3；加速度：
并且有边界条件：
其中T＝Tacc，vT为T时刻的速度。
通过对状态方程进行简化得到最后的微分方程，最后得到解析解：
x1＝-c1×t+c2-(2^0.5)/2×c3×exp(-(2^0.5)/2×t)×(cos((2^0.5)/2×t)-sin((2^0.5)/2×t))-(2^0.5)/2×c4×exp(-(2^0.5)/2×t)×(cos((2^0.5)/2×t)+sin((2^0.5)/2×t))+(2^0.5)/2×c5×exp((2^0.5)/2×t)×(cos((2^0.5)/2×t)+sin((2^0.5)/2×t))-(2^0.5)/2×c6×exp((2^0.5)/2×t)×(cos((2^0.5)/2×t)-sin((2^0.5)/2×t))；
x2＝-c1+c3×exp(-(2^0.5)/2×t)×cos((2^0.5)/2×t)+c4×exp(-(2^0.5)/2×t)×sin((2^0.5)/2×t)+c5×exp((2^0.5)/2×t)×cos((2^0.5)/2×t)+c6×exp((2^0.5)/2×t)×sin((2^0.5)/2×t)；
x3＝-(2^0.5)/2×exp(-(2^0.5)/2×t)×(c3×cos((2^0.5)/2×t)+c3×sin((2^0.5)/2×t)+c4×sin((2^0.5)/2×t)-c4×cos((2^0.5)/2×t))+(2^0.5)/2×exp((2^0.5)/2×t)×(c5×cos((2^0.5)/2×t)-c5×sin((2^0.5)/2×t)+c6×sin((2^0.5)/2×t)+c6×cos((2^0.5)/2×t))；
u＝c3×exp(-(2^0.5)/2×t)×sin((2^0.5)/2×t)-c4×exp(-(2^0.5)/2×t)×cos((2^0.5)/2×t)-c5×exp((2^0.5)/2×t)×sin((2^0.5)/2×t)+c6×exp((2^0.5)/2×t)×cos((2^0.5)/2×t)；
其中，c1～c6为最优轨迹参数。
S42：结合当前循环段的变速段实际过程，将上述边界条件代入方程组，可以得到c1-c6关于初速度、匀速段目标速度和变速时间的参数方程，再将每次变速段的初速度、匀速段目标速度和变速时间代入参数方程可以得到参数c1～c6值；
S43：求得上述解析解，并结合吊重绳长l，代入线性化模型，获取每个速度控制离散时间间隔tper下速度值，速度组数P＝Tacc/tper，根据当前时间t＝tper×j(j＝1,2,…,P)输出小车、大车的速度，起重机根据获取的小车、大车速度进行防摆运行。
S5：计算当前循环段匀速段运行结束位置偏差E1＝|安装编码器或者激光传感器测定的实际位置-匀速运动结束位置(B0…N0)|，判断当前循环段结束条件：若小车、大车至少有一个在其方向满足匀速段运行结束位置偏差E1小于或等于预设预设匀速段运行结束位置偏差ΔE1，则小车、大车两个方向均停止匀速运动；进入下一个循环段，重复步骤S3～S5，直至走完所有循环段。
S6：最终停车段包括减速段和最后位置校正，减速段进行防摆运行，最后位置校正将小车、大车位置调整到停车段位置校正偏差范围内。
具体地，步骤S6包括：
S61：减速段基于最优轨迹防摆控制进行防摆运行，最终循环段的匀速段目标速度为减速段小车、大车初速度，减速段小车、大车的目标速度为0，变速时间为Tacc，执行步骤S42～S43一次；
S62：停车位置校正，获取小车、大车实际位置N′(X′n,Y′n)，计算实际位置偏差E2＝|N-N′|；小车、大车实际位置通过在起重机上安装编码器或者激光传感器等获取；
S63：将实际位置偏差E2与设定的停车段位置校正偏差ΔE2比较；
当E2>ΔE2，计算位置校正目标速度，依次进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行，以及初速度为位置校正目标速度、目标速度为0的防摆运行，此处两次防摆运行均基于最优轨迹防摆控制；返回步骤S62；
当E2≤ΔE2，本次运行结束。
其中，所述计算位置校正目标速度，依次进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行，以及初速度为位置校正目标速度、目标速度为0的防摆运行；具体包括：
计算初步目标速度：V′st＝E2/Tst；其中，Tst为设定的停车段位置校正时间；
进一步判断：
当V′st>Vmax，Vmax表示小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax，则变速时间Tacc-st＝Tst×(V′st/Vmax)，确定位置校正目标速度Vst＝Vmax；
当Vmin≤V′st≤Vmax，Vmin表示小车、大车的可以响应的最小速度Vxmin、Vymin，则变速时间Tacc-st＝Tst，确定位置校正目标速度Vst＝V′st；
当V′st<Vmin，则变速时间Tacc-st＝Tst×(Vmin/V′st)，确定位置校正目标速度Vst＝Vmin；
进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行执行步骤S42～S43；之后以初速度为位置校正目标速度、目标速度为0再次执行步骤S42～S43。
实施例2
本实施例提供了一种起重机，包括桥架、大车行移装置、小车行移装置、提升装置、控制柜，所述控制柜用于执行如实施例1所述的起重机非零速连续转向控制方法，以对大车行移装置、小车行移装置进行控制。其中，桥架、大车行移装置、小车行移装置、提升装置、控制柜具体位置关系及连接关系均为现有技术，在此不再进行赘述。
实施例3
本实施例提供了一种电子设备，包括：
存储器，其存储有计算机程序；
处理器，用于加载并执行所述计算机程序以实现如实施例1所述的起重机非零速连续转向控制方法。实施时，该电子设备可直接基于起重机的PLC实现，或基于包括但不限于工控机、单片机、DSP实现。
实施例4
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例1所述的起重机非零速连续转向控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
为进一步理解本发明的技术方案，下面结合一实例对本发明的技术方案进行说明。
搭建的起重机试验台，规模为长*宽*高：3.3m*2m*2m。试验台台架主体采用铝型材搭建，角件连接固定。同步带模组具有运动平稳，传动准确、便于安装和扩展等优点，大小车平面二维运动采用伺服电机驱动同步带模组的方式实现，将电机转动转换成大、小车的直线运动，其中，大车电机连接减速器通过传动轴连接膜片联轴器带动同步带轮驱动滑块运动，从而实现大车直线运动；小车通过电机连接减速器，减速器输出轴直接带动同步带模组同步带轮转动，驱动小车滑块直线运动，通过机器视觉装置进行检测摆角。
参数设置如表1所示：
表1
| 参数名称 | 参数值 |
| 大小车极限位置(m) | (3.10，1.84) |
| 大小车极限位置允许范围 | (±0.02，±0.02) |
| 大小车最大速度(m/s) | (1.00，1.00) |
| 速度控制离散时间间隔(s) | 0.01 |
| 匀速段运行位置偏差(m) | 0.001 |
| 停车段位置校正时间(s) | 3.00 |
| 停车段位置校正偏差(m) | 0.001 |
通过触摸屏输入参数，通过单片机与起重机PLC通信。单片机通过网关与PLC通信，PLC做PROFIBUS-DP主站，网关做PROFIBUS-DP从站，串口端网关做MODBUS主站，单片机做MODBUS从站，以网关为中介实现PLC和单片机的通信，使用西门子KTP900 Basic触摸屏进行操作。通过触摸屏输入如下参数：
表2
| 参数名称 | 输入值 |
| 绳长(m) | 1.90 |
| 小大车速度系数α1、α2 | (0.3，0.5) |
| 变速时间(s) | 3.00 |
| 起始(当前)位置O(A)(X0，Y0) | (0，0) |
| 小车运行通过坐标点为B(X1,Y1)、C(X2,Y2) | B(1.4，1.4)、C(0，2.8) |
基于上述构建的起重机实验台及参数，采用上述实施例的方案进行实施。
图3所示为小车、大车速度曲线图，可知，控制速度与实际速度曲线重合较好。
图4所示为小车、大车二维联动位置-时间曲线图，显示大小车较好的完成了起重机非零速连续转向控制，运行结束位置停止运行时位置与设定坐标C(0，2.8)非常接近，定位精度较高。
图5所示为小车、大车摆角实测曲线，图中横坐标为时间，纵坐标为检测摆角，其中0～2s之间一段时间为未启动时摆角。其中图5(a)为小车方向摆角，图5(b)为大车方向摆角，图5(c)为合成总摆角绝对值，在变速阶段摆角先增大后减小，最大摆角小于1.6°，匀速时可以减小至0°，与控制目标一致。该控制方法提升了起重机遇到障碍或者禁行区时工作效率，并且摆角整体控制在较小的范围内，实现了起重机防摆控制中非零速连续转向控制。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，包括：
S1：初始化基本控制参数；
S2：获取小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax，变速时间Tacc，以及获取预规划运行依次通过的坐标点O(X0，Y0)、B(X1，Y1)、C(X2，Y2)，...，N(Xn，Yn)；将当前位置O(X0，Y0)与目标点N(Xn，Yn)之间的多点通过路径，分解为n个循环段和最终停车段，其中每个循环段包括一个变速段和一个匀速段；
S3：基于当前循环段i的起点及下一通过的坐标点位置坐标，以及小车、大车的最大规划运行速度，变速时间Tacc，计算小车、大车两个方向匀速段目标速度和匀速运动结束位置，其中，i＝1，2，...，n，小车、大车两个方向匀速段目标速度也为下一循环段初速度；
S4：根据当前循环段小车、大车的初速度、匀速段目标速度、变速时间，基于最优轨迹防摆控制，输出小车、大车实时速度和方向，起重机进行变速段防摆运行；
S5：计算当前循环段匀速段运行结束位置偏差，若小车、大车至少有一个在其方向满足匀速段运行结束位置偏差小于或等于预设匀速段运行结束位置偏差，则小车、大车两个方向均停止匀速运动；进入下一个循环段，重复步骤S3～S5，直至走完所有循环段；
S6：最终停车段包括减速段和停车位置校正，减速段进行防摆运行，停车位置校正将小车、大车位置调整到停车段位置校正偏差范围内。
2.根据权利要求1所述的起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，所述基本控制参数包括吊重绳长l，运动过程中速度控制离散时间间隔tper，预设匀速段运行结束位置偏差ΔE1，停车段位置校正时间Tst，停车段位置校正偏差ΔE2。
3.根据权利要求1所述的起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，所述小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax通过如下方法得到：
初始化小车、大车的最大运行速度Vxp、Vyp；
获取规划路径中小车、大车的速度系数α1、α2；
则小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax为：
Vxmax＝Vxp×α1
Vymax＝Vyp×α2。
4.根据权利要求1所述的起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31：首先运行第1循环段，结合当前位置O(X0，Y0)与下一通过坐标点B(X1，Y1)，获取小车、大车两个方向的位移ΔX1、ΔY1；
S32：起始位置O(X0，Y0)，小车、大车初速度Vx0＝Vy0＝0，判断当前循环小车、大车以最大规划运行速度运行时间：
(1)当ΔX1/Vxmax＞ΔY1/Vymax时：
小车匀速段目标速度为Vx(1)＝Vxmax，大车匀速段目标速度为：Vy(1)＝Vxmax×ΔY1/ΔX1；
小车方向匀速运行结束位置：
大车方向匀速运行结束位置：
(2)当ΔX1/Vxmax≤ΔY1/Vymax时：
大车匀速段目标速度为Vy(1)＝Vymax，小车匀速段目标速度为：Vx(1)＝Vymax×ΔX1/ΔY1；
小车方向匀速运行结束位置：
大车方向匀速运行结束位置：
则第1循环中匀速运行结束位置，也即下一循环段初始位置为：B0(XB0，YB0)；
S33：第2循环段中，以坐标点B(X1，Y1)为起始位置，结合下一通过坐标点C(X2，Y2)，重复步骤S31～S32，同理相应的计算小车、大车两个方向匀速段目标速度(Vx(2)、Vy(2))、匀速运行结束位置C0(XC0，YC0)；
S34：依次计算，直至获取小车、大车各个循环段中匀速段目标速度[(Vx(1)、Vy(1))…(Vx(i)、Vy(i))]、匀速运动结束位置(B0…N0)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41：构建起重机线性化模型，基于最优控制理论计算出最优理论轨迹和最优控制量，根据建立的起重机系统状态方程及性能评价指标联立成微分方程组，求解状态量的轨迹方程；
S42：结合当前循环段的变速段实际过程，将边界条件代入微分方程组，可以得到关于初速度、匀速段目标速度和变速时间的参数方程；再将每次变速段的初速度、匀速段目标速度和变速时间代入参数方程可以得到最优轨迹参数值；
S43：基于得到的最优轨迹参数值求得轨迹方程解析解，并结合吊重绳长l，代入起重机线性化模型，获取每个速度控制离散时间间隔tper下速度值，速度组数P＝Tacc/tper，根据当前时间t＝tper×j(j＝1，2，...，P)输出小车、大车的速度，起重机根据获取的小车、大车速度进行防摆运行。
6.根据权利要求5所述的起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
S61：减速段防摆运行，最终循环段的匀速段目标速度为减速段小车、大车初速度，减速段小车、大车的目标速度为0，变速时间为Tacc，执行步骤S42～S43一次；
S62：停车位置校正，获取小车、大车实际位置N′(X′n，Y′n)，计算实际位置偏差E2＝|N-N′|；
S63：将实际位置偏差E2与设定的停车段位置校正偏差ΔE2比较；
当E2＞ΔE2，计算位置校正目标速度，依次进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行，以及初速度为位置校正目标速度、目标速度为0的防摆运行；返回步骤S62；
当E2≤ΔE2，本次运行结束。
7.根据权利要求6所述的起重机非零速连续转向控制方法，其特征在于，所述计算位置校正目标速度，依次进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行，以及初速度为位置校正目标速度、目标速度为0的防摆运行；具体包括：
计算初步目标速度：V′st＝E2/Tst；其中，Tst为设定的停车段位置校正时间；
进一步判断：
当V′st＞Vmax，Vmax表示小车、大车的最大规划运行速度Vxmax、Vymax，则变速时间Tacc-st＝Tst×(V′st/Vmax)，确定位置校正目标速度Vst＝Vmax；
当Vmin≤V′st≤Vmax，Vmin表示小车、大车的可以响应的最小速度Vxmin、Vymin，则变速时间Tacc-st＝Tst，确定位置校正目标速度Vst＝V′st；
当V′st＜Vmin，则变速时间Tacc-st＝Tst×(Vmin/V′st)，确定位置校正目标速度Vst＝Vmin；
进行初速度为0、目标速度为位置校正目标速度的防摆运行执行步骤S42～S43；之后以初速度为位置校正目标速度、目标速度为0再次执行步骤S42～S43。
8.一种起重机，包括桥架、大车行移装置、小车行移装置、提升装置、控制柜，其特征在于，所述控制柜用于执行如权利要求1至7任一项所述的起重机非零速连续转向控制方法，以对大车行移装置、小车行移装置进行控制。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其存储有计算机程序；
处理器，用于加载并执行所述计算机程序以实现如权利要求1至7任一项所述的起重机非零速连续转向控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的起重机非零速连续转向控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210330663.4A CN114604314B (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210330663.4A CN114604314B (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114604314A CN114604314A (zh) | 2022-06-10 |
| CN114604314B true CN114604314B (zh) | 2023-06-09 |
Family
ID=81867037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210330663.4A Active CN114604314B (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114604314B (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4131092B2 (ja) * | 2001-05-08 | 2008-08-13 | 株式会社大林組 | ケーブルクレーンの自動制御方法およびプログラム |
| CN101024471B (zh) * | 2007-04-04 | 2012-06-27 | Abb（中国）有限公司 | 一种具有防摇功能的桥式起重机控制装置 |
| CN102502403B (zh) * | 2011-10-28 | 2013-09-18 | 河南卫华重型机械股份有限公司 | 起重机防摇摆控制方法 |
| FI126632B (fi) * | 2014-04-04 | 2017-03-15 | Konecranes Global Oy | Menetelmä nosturin kääntöajamiseksi |
| CN110228754B (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-23 | 东南大学 | 一种自适应速度规划的工业吊车控制方法及系统 |
| CN110436347B (zh) * | 2019-08-23 | 2020-08-04 | 武汉理工大学 | 一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法 |
| CN111153328B (zh) * | 2020-04-02 | 2020-07-24 | 上海驭矩信息科技有限公司 | 一种基于lqr的吊装系统的防摇控制方法及系统 |
-
2022
- 2022-03-31 CN CN202210330663.4A patent/CN114604314B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114604314A (zh) | 2022-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Feng et al. | Cross-coupling motion controller for mobile robots | |
| CN102145808B (zh) | 工业型激光导引agv的双闭环控制系统及控制方法 | |
| CN102107819B (zh) | 一种集装箱岸边桥吊防摇控制方法 | |
| CN109144078B (zh) | 一种基于二维码导航共线双舵轮agv路线纠偏方法及系统 | |
| JP2019064830A (ja) | 持上げ装置を制御する方法 | |
| CN110228754B (zh) | 一种自适应速度规划的工业吊车控制方法及系统 | |
| Li et al. | Time-polynomial-based optimal trajectory planning for double-pendulum tower crane with full-state constraints and obstacle avoidance | |
| CN110515349A (zh) | 伺服进给系统的两轴交叉耦合控制器算法 | |
| CN111302222B (zh) | 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 | |
| CN109911773A (zh) | 一种单参数调整的欠驱动吊车作业全过程自抗扰控制方法 | |
| CN102079486B (zh) | 一种带有超声波传感器的多吊具桥吊控制系统及控制方法 | |
| Liu et al. | Research on application of fuzzy adaptive PID controller in bridge crane control system | |
| CN113321122A (zh) | 起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法 | |
| CN107160400B (zh) | 一种具有主动波浪补偿功能的机器人系统 | |
| CN114604314B (zh) | 起重机非零速连续转向控制方法、起重机、电子设备 | |
| CN110467109B (zh) | 一种起重机时间最优防摇控制方法及系统 | |
| CN101976083B (zh) | 四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统 | |
| Kokot et al. | Path continuity for multi-wheeled AGVs | |
| JP2704266B2 (ja) | 無人搬送車の走行制御装置 | |
| CN115453870A (zh) | 一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法 | |
| CN114572828A (zh) | 细长型负载垂直起吊过程的非奇异终端滑模防晃控制方法 | |
| Yamaguchi et al. | Control of a Five-axle, Three-steering Coupled-vehicle System and its Experimental Verification | |
| JPS6362006A (ja) | 無軌道無人搬送車の教示方法 | |
| CN115167139B (zh) | 一种基于新型运动轨迹规划的三维天车递归滑模控制方法 | |
| CN113060649B (zh) | 一种基于双编码器进行定位的方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |