CN115043319A - 吊具防摇控制方法、装置、设备和起重机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种吊具防摇控制方法、装置、设备和起重机，方法包括：根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；根据防摇控制方式和防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；按照小车防摇速度，控制小车运行。采用本申请的技术方案，可以根据摆角幅度自动控制小车的运行速度，在吊具摇摆时通过自动对小车运行速度的调整来消除吊具的摇摆，从而实现自动防摇，保证了吊具的防摇效果，提高了吊具防摇控制效率。

Description

吊具防摇控制方法、装置、设备和起重机

技术领域

本申请涉及防摇控制技术领域，具体涉及一种吊具防摇控制方法、装置、设备和起重机。

背景技术

岸桥实际作业过程中，因司机操作或系统流程中断，待小车停止运行后，吊具会不可避免的产生晃动问题，因此，为了提高岸桥实际作业过程中的安全性，在小车停止运行后，对吊具进行防摇控制尤为重要。

目前岸桥的跟车止摆大部分通过司机手动操作小车运行来实现，控制效果取决于司机操作经验，并且司机无法第一时间处理自动运行中断情况下的小车快速止摆问题，例如运动过程中调度系统取消指令或系统检测到人员闯入等异常情况，导致吊具的防摇效果不稳定，无法实现吊具自动防摇，影响了吊具防摇控制效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种吊具防摇控制方法、装置、设备和起重机，以解决现有技术中吊具的防摇效果不稳定，无法实现吊具自动防摇，影响了吊具防摇控制效率的问题。

本申请一方面提供了一种吊具防摇控制方法，包括：

根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；

对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阀值，确定防摇控制方式；

根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；

按照所述小车防摇速度，控制小车运行。

可选的，所述根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度，包括：

将重力加速度与所述摆长之间比值的平方根，作为吊具的角频率；

根据所述摆角、所述角速度和所述角频率，按照预设摆幅计算规则，计算所述吊具的摆角幅度。

可选的，对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式，包括：

对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定所述吊具所处的摆幅阶段；

获取所述摆幅阶段对应的防摇控制方式；

其中，所述摆幅阶段包括第一摆幅阶段和第二摆幅阶段，所述第一摆幅阶段对应的防摇控制方式为反馈增益防摇控制，所述第二摆幅阶段对应的防摇控制方式为阻尼防摇控制。

可选的，所述摆幅阈值包括：第一摆幅阈值和第二摆幅阈值，所述第一摆幅阈值大于所述第二摆幅阈值；

对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定所述吊具所处的摆幅阶段，包括：

判断所述摆角幅度是否大于所述第一摆幅阈值；

若所述摆角幅度大于所述第一摆幅阈值，则确定所述吊具所处的摆幅阶段为第一摆幅阶段；

若所述摆角幅度不大于所述第一摆幅阈值，则判断所述摆角幅度是否大于所述第二摆幅阈值；

若所述摆角幅度大于所述第二摆幅阈值，则确定所述吊具所处的摆幅阶段为第二摆幅阶段。

可选的，若所述防摇控制方式为反馈增益防摇控制，所述防摇控制信息包括：所述摆长、所述摆角、所述角速度、预先设置的小车最大加速度、预先设置的小车最大速度、预先设置的控制参数和预先构建的系统状态空间方程；

若所述防摇控制方式为阻尼防摇控制，所述防摇控制信息包括：所述摆长、所述摆角幅度、预先设置的固定阻尼比和预先设置的小车最大速度。

可选的，所述根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度，包括：

若所述防摇控制方式为反馈增益防摇控制，根据所述系统状态空间方程、所述摆长、所述摆角、所述角速度和所述控制参数，计算出反馈控制增益；

按照预设加速度计算规则和所述小车最大加速度，根据所述反馈控制增益、所述摆角和所述角速度，确定小车的输出加速度；

按照所述小车最大速度，对所述输出加速度进行积分限幅处理，得到小车防摇速度。

可选的，所述按照预设加速度计算规则和所述小车最大加速度，根据所述反馈控制增益、所述摆角和所述角速度，确定小车的输出加速度，包括：

按照预设加速度计算规则，根据所述反馈控制增益、所述摆角和所述角速度，计算小车的理论加速度；

按照所述小车最大加速度，对所述理论加速度进行限幅，得到小车的输出加速度。

可选的，所述根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度，包括：

若所述防摇控制方式为阻尼防摇控制，按照预设阻尼比计算规则，根据所述摆长、所述摆角幅度和所述小车最大速度，计算理论阻尼比；

将所述理论阻尼比与所述固定阻尼比中的最大值作为目标阻尼比；

按照预设阻尼比-速度计算规则，根据所述摆角幅度、所述摆长和所述目标阻尼比，计算小车防摇速度。

可选的，所述预设摆幅计算规则为：

其中，θ_A表示摆角幅度，θ表示摆角，

表示角速度，ω表示角频率。

可选的，所述预设阻尼比计算规则为：

所述预设阻尼比-速度计算规则为：

其中，ζ₁表示理论阻尼比，V_max表示小车最大速度，θ_A表示摆角幅度，l表示摆长，g表示重力加速度，V_M表示小车防摇速度，ζ表示目标阻尼比。

根据本申请的另一个方面，提供了一种吊具防摇控制装置，包括：

摆幅计算模块，用于根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；

防摇方式确定模块，用于对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；

防摇速度确定模块，用于根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；

小车控制模块，用于按照所述小车防摇速度，控制小车运行。

根据本申请的另一个方面，提供了一种吊具防摇控制设备，包括：存储器和处理器；

其中，所述存储器与所述处理器连接，用于存储程序；

所述处理器，用于通过运行所述存储器中的程序，实现上述吊具防摇控制方法。

根据本申请的另一个方面，提供了一种起重机，包括：上述吊具防摇控制设备。

根据本申请提供的吊具防摇控制方法，根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；根据防摇控制方式和防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；按照小车防摇速度，控制小车运行。采用本申请的技术方案，可以根据摆角幅度自动控制小车的运行速度，在吊具摇摆时通过自动对小车运行速度的调整来消除吊具的摇摆，从而实现自动防摇，保证了吊具的防摇效果，提高了吊具防摇控制效率。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种吊具防摇控制方法的流程示意图。

图2是本申请实施例提供的确定吊具所处摆幅阶段的处理流程示意图。

图3是本申请实施例提供的防摇控制方式为反馈增益防摇控制时，确定小车防摇速度的处理流程示意图。

图4是本申请实施例提供的防摇控制方式为阻尼防摇控制时，确定小车防摇速度的处理流程示意图。

图5是本申请实施例提供的吊具的摆角-时间变化示意图；

图6是本申请实施例提供的小车的速度-时间变化示意图；

图7是本申请实施例提供的一种吊具防摇控制装置的结构示意图。

图8是本申请实施例提供的一种吊具防摇控制设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是本申请实施例提供的一种吊具防摇控制方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的吊具防摇控制方法，应用于设置有小车的起重机，具体步骤包括：

S101、根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度。

具体的，起重机在实际作业过程中，如果因司机操作或者系统流程中断，导致小车停止运行，那么待小车停止运行后，吊具会不可避免的产生晃动，从而影响起重机工作安全性，需要对吊具进行防摇控制。在对吊具进行防摇控制时，首先需要确定吊具当前的晃动情况。因此，需要在吊具上预先设置角度传感器和角速度传感器，以便确定吊具当前的晃动情况。

吊具上设置的角度传感器用来检测吊具当前的摆角，角速度传感器用来检测吊具当前的角速度，起重机的控制器在控制小车工作时，可以控制小车下放吊具的高度，从而能够确定小车到吊具之间的距离，即吊具的摆长。其中，吊具的角速度是指吊具每秒摆动的角度。当需要进行吊具防摇控制时，首选需要获取吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，根据上述数据来计算吊具的摆角幅度。具体的计算步骤如下所述：

第一，将重力加速度与摆长之间比值的平方根，作为吊具的角频率。

本实施例中，吊具的角频率需要根据重力加速度与吊具的摆长计算，确定重力加速度与吊具的摆长中间的比值，将该比值的平方根作为吊具的角频率。即，

其中，ω表示吊具的角频率，g表示重力加速度，l表示吊具的摆长。

第二，根据摆角、角速度和角频率，按照预设摆幅计算规则，计算吊具的摆角幅度。

本实施例中，需要根据吊具的摆角幅度来确定吊具当前的晃动情况，判断吊具当前是大幅晃动、小幅晃动还是微幅晃动。因此，按照预设摆幅计算规则以及预先获取的相应数据，计算出吊具当前的摆角幅度。其中，预设摆幅计算规则为：

其中，θ_A表示吊具的摆角幅度，θ表示吊具的摆角，

表示吊具的角速度，ω表示吊具的角频率。

S102、对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式。

具体的，吊具的摆角幅度不同，则说明吊具的晃动情况不同，本实施例中，预先设置了摆幅阈值，可以通过摆幅阈值对吊具的摆角幅度划分范围，从而区分出大幅晃动时的摆角幅度范围、小幅晃动时的摆角幅度范围和微幅晃动时的摆角幅度范围。通过对吊具的摆角幅度与预先设置的摆幅阈值进行大小比较，确定吊具当前的摆角幅度所处的摆角幅度范围，从而确定吊具当前的摆角幅度所对应的吊具晃动情况。吊具的晃动情况不同，采用的防摇控制方式也不同，当吊具大幅晃动时，需要采用针对大幅晃动的防摇控制方式来控制小车，当吊具小幅晃动时，需要采用针对小幅晃动的防摇控制方式来控制小车，当吊具微幅晃动时，可能不会再对吊具以及吊具携带的负载造成影响，因此此时可以停止对小车的防摇控制。

本实施例，通过对比吊具的摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定了吊具当前的晃动情况后，确定针对吊具当前的晃动情况的防摇控制方式，从而能够实现分阶段切换防摇控制方式，避免了采用同一种防摇控制方式，仅仅只能适应一种晃动情况，当处于其他晃动情况时，防摇效果不显著或者防摇效率较低的问题。

本步骤具体包括：

第一，对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定吊具所处的摆幅阶段。

本实施例中，通过对吊具的摆角幅度与预先设置的摆幅阈值进行大小比较，可以确定吊具当前的摆角幅度所处的摆角幅度范围，其中不同的摆角幅度范围，对应不同的摆幅阶段。例如，大幅晃动时的摆角幅度范围对应第一摆幅阶段、小幅晃动时的摆角幅度范围对应第二摆幅阶段。微幅晃动时的摆角幅度范围对应第三摆幅阶段。

第二，获取所述摆幅阶段对应的防摇控制方式。

本实施例中，吊具所处的摆幅阶段不同，所采用的防摇控制方式也不同。其中，第一摆幅阶段对应的防摇控制方式为反馈增益防摇控制，第二摆幅阶段对应的防摇控制方式为阻尼防摇控制，第三摆幅阶段对应的防摇控制方式为停止防摇控制。因此，当吊具所处的摆幅阶段为第一摆幅阶段时，确定当前的防摇控制方式为反馈增益防摇控制，当吊具所处的摆幅阶段为第二摆幅阶段时，确定当前的防摇控制方式为阻尼防摇控制，当吊具所处的摆幅阶段为第三摆幅阶段时，则确定当前的防摇控制方式为停止防摇控制。

S103、根据防摇控制方式和防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度。

具体的，吊具的防摇控制方式不同，计算小车防摇速度的方式也不同，因此计算小车防摇速度时需要的参数也不同。所以本实施例需要提前获取每种防摇控制方式对应的防摇控制信息，以便利用防摇控制信息计算对应的小车防摇速度。本实施例中，防摇控制方式包括：反馈增益防摇控制和阻尼防摇控制。当采用反馈增益防摇控制方式对小车进行防摇控制时，是通过控制小车来回运行，从而减弱吊具的摆角幅度，当采用阻尼防摇控制方式对小车进行防摇控制时，是通过增加阻尼项来抑制吊重负载的晃动。本实施例根据防摇控制方式对应的防摇控制信息，按照防摇控制方式对应的计算方式计算出小车防摇速度，从而利用对小车速度的控制实现防摇控制。

其中，反馈增益防摇控制方式对应的防摇控制信息包括：吊具的摆长、吊具的摆角、吊具的角速度、预先设置的小车最大加速度、预先设置的小车最大速度、预先设置的控制参数和预先构建的系统状态空间方程；阻尼防摇控制方式对应的防摇控制信息包括：吊具的摆长、吊具的摆角幅度、预先设置的固定阻尼比和预先设置的小车最大速度。

S104、按照小车防摇速度，控制小车运行。

具体的，吊具的摆角幅度是不断变化的，因此计算出的小车防摇速度也是不断变化的，按照小车防摇速度，控制小车运行，从而能够通过小车的运动来减弱吊具的摆角幅度，直至吊具的晃动情况为微幅晃动时，停止对小车进行防摇控制，即控制小车停止运行。

通过上述介绍可见，本申请实施例的吊具防摇控制方法，根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；根据防摇控制方式和防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；按照小车防摇速度，控制小车运行。采用本实施例的技术方案，可以根据摆角幅度自动控制小车的运行速度，在吊具摇摆时通过自动对小车运行速度的调整来消除吊具的摇摆，从而实现自动防摇，并且根据摆角幅度的变化，分阶段切换防摇控制方式，能够实现吊具快速止摆，保证了吊具的防摇控制效果，提高了吊具防摇控制效率。

进一步地，图2是本申请实施例提供的确定吊具所处摆幅阶段的处理流程示意图，如图2所示，本实施例的吊具防摇控制方法中，步骤S102中“对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定吊具所处的摆幅阶段”具体包括如下步骤：

S201、判断摆角幅度是否大于第一摆幅阈值，若是，则执行步骤S202，若否，则执行步骤S203。

具体的，预先设置的摆幅阈值包括：第一摆幅阈值θ_A1和第二摆幅阈值θ_A2，其中，第一摆幅阈值θ_A1大于第二摆幅阈值θ_A2。本实施例需要利用第一摆幅阈值θ_A1和第二摆幅阈值θ_A2划分摆角幅度范围。其中，可以将大于第一摆幅阈值θ_A1的范围作为吊具晃动情况为大幅晃动时的摆角幅度范围，将第一摆幅阈值θ_A1和第二摆幅阈值θ_A2之间的范围作为吊具晃动情况为小幅晃动时的摆角幅度范围，将小于等于第二摆幅阈值θ_A2的范围作为吊具晃动情况为微幅晃动时的摆角幅度范围。然后再根据吊具的摆角幅度所处的摆角幅度范围，来确定吊具所处的摆幅阶段，从而获取对应的防摇控制方式。

本实施例需要判断吊具的摆角幅度θ_A是否大于第一摆幅阈值θ_A1，如果吊具的摆角幅度θ_A大于第一摆幅阈值θ_A1，则执行步骤S202；如果吊具的摆角幅度θ_A不大于第一摆幅阈值θ_A1，则执行步骤S203。

S202、确定吊具所处的摆幅阶段为第一摆幅阶段。

具体的，如果判断出吊具的摆角幅度θ_A大于第一摆幅阈值θ_A1，即θ_A＞θ_A1，说明吊具当前的摆角幅度θ_A处于吊具大幅晃动时的摆角幅度范围，那么此时吊具的晃动情况为大幅晃动，则确定吊具当前所处的摆幅阶段为第一摆幅阶段，需要采用的防摇控制方式为反馈增益防摇控制，通过控制小车来回运行，从而减弱吊具的摆角幅度。

S203、判断摆角幅度是否大于第二摆幅阈值，若是，则执行步骤S204，若否，则执行步骤S205。

具体的，如果判断出吊具的摆角幅度θ_A小于等于第一摆幅阈值θ_A1，则说明吊具当前的摆角幅度θ_A并未处于吊具大幅晃动时的摆角幅度范围，即吊具未处于第一摆幅阶段，那么此时需要继续判断吊具的摆角幅度θ_A是否大于第二摆幅阈值θ_A2。如果吊具的摆角幅度θ_A大于第二摆幅阈值θ_A2，则执行步骤S204；如果吊具的摆角幅度θ_A不大于第二摆幅阈值θ_A2，则执行步骤S205。

S204、确定吊具所处的摆幅阶段为第二摆幅阶段。

具体的，如果判断出吊具的摆角幅度θ_A大于第二摆幅阈值θ_A2，即θ_A2＜θ_A≤θ_A1，说明吊具当前的摆角幅度θ_A处于吊具小幅晃动时的摆角幅度范围，那么此时吊具的晃动情况为小幅晃动，则确定吊具当前所处的摆幅阶段为第二摆幅阶段，需要采用的防摇控制方式为阻尼防摇控制，通过增加阻尼项来抑制吊重负载的晃动。

S205、确定吊具所处的摆幅阶段为第三摆幅阶段。

具体的，如果判断出吊具的摆角幅度θ_A小于等于第二摆幅阈值θ_A2，即θ_A≤θ_A2，说明吊具当前的摆角幅度θ_A处于吊具微幅晃动时的摆角幅度范围，那么此时吊具的晃动情况为微幅晃动，则确定吊具当前所处的摆幅阶段为第三摆幅阶段，此时吊具的摆角幅度不会再对吊具以及吊具负载造成影响，因此此时可以停止对小车的防摇控制，以使小车停止运行。

进一步地，图3是本申请实施例提供的防摇控制方式为反馈增益防摇控制时，确定小车防摇速度的处理流程示意图，如图3所示，本实施例的吊具防摇控制方法中，步骤S103具体包括如下步骤：

S301、若防摇控制方式为反馈增益防摇控制，根据系统状态空间方程、摆长、摆角、角速度和控制参数，计算出反馈控制增益。

具体的，当吊具的摆角幅度θ_A大于第一摆幅阈值θ_A1，即θ_A＞θ_A1时，需要根据预先构建的系统状态空间方程、吊具的摆长、吊具的摆角、吊具的角速度和预先设置的控制参数，利用反馈增益计算工具计算出反馈控制增益。

应用本实施例的起重机小车对应的系统运动学方程为：

其中，x_M表示小车在水平方向上的位置，θ表示吊具偏离竖直方向的摆角，l表示吊具的摆长，g表示重力加速度常数。

由于起重机在防摇控制的工况下运行时，系统处于定绳长或绳长变化很小状态，对上述非线性方程(1)进一步线性化处理后，并选取系统状态变量

其中θ表示吊具的摆角，

表示吊具的角速度，从而可以得到系统状态空间方程：

其中，

表示小车加速度。基于该系统状态空间方程设计最优控制器，然后利用反馈增益计算工具，根据吊具的摆长l、吊具的摆角θ、吊具的角速度

和预先设置的控制参数，获得反馈控制增益k₁，k₂。其中，预先设置的控制参数为反馈增益计算时，所需要的权重参数。本实施例中，反馈增益计算工具可以为Matlab等数学工具，利用Matlab等数学工具可以离线计算反馈控制增益，反馈增益计算工具还可以为Riccati方程，由于本系统方程阶次较低，本实施例可以通过直接求取Riccati方程获得反馈控制增益。本实施例中反馈控制增益的具体计算过程属于现有技术，本领域技术人员可以根据上述内容并结合现有技术，实现反馈控制增益的计算。

S302、按照预设加速度计算规则和小车最大加速度，根据反馈控制增益、摆角和角速度，确定小车的输出加速度。

具体的，本实施例计算出反馈控制增益后，需要按照预设加速度计算规则和小车最大加速度，根据反馈控制增益、摆角和角速度，确定小车的输出加速度。其中反馈控制增益包括吊具的摆角对应的反馈控制增益k₁和吊具的角速度对应的反馈控制增益k₂。具体步骤如下所述：

第一，按照预设加速度计算规则，根据反馈控制增益、摆角和角速度，计算小车的理论加速度。

其中，预设加速度计算规则为：

其中，

表示小车的理论加速度，k₁表示吊具的摆角θ对应的反馈控制增益，k₂表示吊具的角速度

对应的反馈控制增益。

第二，按照小车最大加速度，对理论加速度进行限幅，得到小车的输出加速度。

具体的，本实施例在确定小车的输出加速度时，需要考虑系统对小车的加速度的限制，系统中设置了小车最大速度，因此，计算出小车的理论加速度后，还需要根据预先设置的小车最大加速度对小车的理论加速度进行限幅，即，如果小车的理论加速度小于等于小车最大加速度，则将小车的理论加速度作为小车的输出加速度，如果小车的理论加速度大于小车最大加速度，系统无法实现按照小车的理论加速度对小车运行速度进行控制，因此需要将小车最大加速度作为小车的输出加速度。

S303、按照小车最大速度，对输出加速度进行积分限幅处理，得到小车防摇速度。

具体的，本实施例可以对小车当前的速度，对小车的输出加速度进行积分处理，从而能够计算出小车的理论防摇速度。本实施例在计算小车防摇速度时，需要考虑系统对小车的运行速度的限制，系统中设置了小车最大速度，因此，需要按照小车最大速度对小车的理论防摇速度进行限幅，即，如果小车的理论防摇速度小于等于小车最大速度，则将小车的理论防摇速度作为小车防摇速度，如果小车的理论防摇速度大于小车最大速度，系统无法控制小车达到理论防摇速度，因此，需要将小车最大速度作为小车防摇速度。

进一步地，图4是本申请实施例提供的防摇控制方式为阻尼防摇控制时，确定小车防摇速度的处理流程示意图，如图4所示，本实施例的吊具防摇控制方法中，步骤S103具体还包括如下步骤：

S401、若防摇控制方式为阻尼防摇控制，按照预设阻尼比计算规则，根据摆长、摆角幅度和小车最大速度，计算理论阻尼比。

具体的，当吊具的摆角幅度θ_A小于等于第一摆幅阈值θ_A1，且大于第二摆幅阈值θ_A2，即θ_A2＜θ_A≤θ_A1时，说明此时吊具的摆角幅度并不是很大，无需进行再反馈增益防摇控制，直接进行阻尼防摇控制即可。本实施例中，吊具在水平方向上的位置可以表示为：x_L＝x_M+lsinθ≈x_M+lθ (2)

根据方程(1)和方程(2)可以得到如下关于吊具位置的方程：

其中，v_L表示吊具在水平方向上的速度，v_M表示小车的运行速度。

上述方程(3)表示的系统为无阻尼系统，或即使考虑阻尼项，也为弱阻尼系统，因此，本实施例可以通过增加阻尼项来抑制吊重负载的晃动。所以本实施例需要按照预设阻尼比计算规则，根据吊具的摆长、吊具的摆角幅度和小车最大速度，计算理论阻尼比。

其中，预设阻尼比计算规则为：

其中，ζ₁表示理论阻尼比，V_max表示小车最大速度，θ_A表示摆角幅度，ω表示吊具的角频率，l表示吊具的摆长，g表示重力加速度。

S402、将理论阻尼比与固定阻尼比中的最大值作为目标阻尼比。

本实施例中预先设置了固定阻尼比ζ₀，固定阻尼比ζ₀是根据现场情况进行确定的，优选取值范围为0.6～0.8。本实施例将理论阻尼比ζ₁与固定阻尼比ζ₀中的最大值作为目标阻尼比ζ，即

S403、按照预设阻尼比-速度计算规则，根据摆角幅度、摆长和目标阻尼比，计算小车防摇速度。

具体的，本实施例计算出目标阻尼比之后，可以按照预设阻尼比-速度计算规则，根据该目标阻尼比以及吊具的摆角幅度，计算出可实现增加阻尼项对应的小车速度作为小车防摇速度，从而可以实现利用阻尼抑制吊具负载的晃动。其中，预设阻尼比-速度计算规则为：

其中，V_M表示小车防摇速度。

进一步地，图5是本申请实施例提供的吊具的摆角-时间变化示意图；图6是本申请实施例提供的小车的速度-时间变化示意图。如图5所示，横轴表示时间，纵轴表示吊具的摆角，虚线表示吊具防摇控制使能的变化，实线表示吊具的摆角变化，当虚线表示的吊具防摇控制使能第一次产生变化时，说明系统开启吊具防摇控制，吊具防摇控制使能第二次产生变化时，说明系统停止吊具防摇控制。如图6所示，横轴表示时间，纵轴表示小车运行速度。根据图5和图6所示，在吊具防摇控制使能第一次产生变化时，小车的速度产生了变化，开始采用反馈增益防摇控制方式对吊具进行防摇控制，直至15.2s左右，防摇控制方式切换为阻尼防摇控制方式，直至吊具防摇控制使能第二次产生变化时，停止吊具防摇控制，小车停止运行。需要说明的是，实际控制时，在t＝15.2s左右因防摇控制方式切换，小车给定速度会发生跳变，本实施例的图6曲线中没有示出明显的跳变。

与上述的吊具防摇控制方法相对应的，本申请实施例还提出一种吊具防摇控制装置，图7是本申请实施例提供的一种吊具防摇控制装置的结构示意图。如图7所示，本实施例的吊具防摇控制装置，包括：

摆幅计算模块100，用于根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；

防摇方式确定模块110，用于对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；

防摇速度确定模块120，用于根据防摇控制方式和防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；

小车控制模块130，用于按照小车防摇速度，控制小车运行。

本申请实施例提出的吊具防摇控制装置，利用摆幅计算模块100根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；利用防摇方式确定模块110对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；利用防摇速度确定模块120根据防摇控制方式和防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；利用小车控制模块130按照小车防摇速度，控制小车运行。采用本实施例的技术方案，可以根据摆角幅度自动控制小车的运行速度，在吊具摇摆时通过自动对小车运行速度的调整来消除吊具的摇摆，从而实现自动防摇，保证了吊具的防摇效果，提高了吊具防摇控制效率。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，摆幅计算模块100，具体用于：

将重力加速度与摆长之间比值的平方根，作为吊具的角频率；

根据摆角、角速度和角频率，按照预设摆幅计算规则，计算吊具的摆角幅度。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，防摇方式确定模块110包括：摆幅阶段确定单元和获取单元。

摆幅阶段确定单元，用于对比摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定吊具所处的摆幅阶段；

获取单元，用于获取摆幅阶段对应的防摇控制方式；

其中，摆幅阶段包括第一摆幅阶段和第二摆幅阶段，第一摆幅阶段对应的防摇控制方式为反馈增益防摇控制，第二摆幅阶段对应的防摇控制方式为阻尼防摇控制。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，摆幅阈值包括：第一摆幅阈值和第二摆幅阈值，第一摆幅阈值大于第二摆幅阈值。摆幅阶段确定单元，具体用于：

判断摆角幅度是否大于第一摆幅阈值；

若摆角幅度大于第一摆幅阈值，则确定吊具所处的摆幅阶段为第一摆幅阶段；

若摆角幅度不大于第一摆幅阈值，则判断摆角幅度是否大于第二摆幅阈值；

若摆角幅度大于第二摆幅阈值，则确定吊具所处的摆幅阶段为第二摆幅阶段。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，若防摇控制方式为反馈增益防摇控制，防摇控制信息包括：摆长、摆角、角速度、预先设置的小车最大加速度、预先设置的小车最大速度、预先设置的控制参数和预先构建的系统状态空间方程；

若防摇控制方式为阻尼防摇控制，防摇控制信息包括：摆长、摆角幅度、预先设置的固定阻尼比和预先设置的小车最大速度。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，防摇速度确定模块120，具体用于：

若防摇控制方式为反馈增益防摇控制，根据系统状态空间方程、摆长、摆角、角速度和控制参数，计算出反馈控制增益；

按照预设加速度计算规则和小车最大加速度，根据反馈控制增益、摆角和角速度，确定小车的输出加速度；

按照小车最大速度，对输出加速度进行积分限幅处理，得到小车防摇速度。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，防摇速度确定模块120按照预设加速度计算规则和小车最大加速度，根据反馈控制增益、摆角和角速度，确定小车的输出加速度，包括：

按照预设加速度计算规则，根据反馈控制增益、摆角和角速度，计算小车的理论加速度；

按照小车最大加速度，对理论加速度进行限幅，得到小车的输出加速度。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，防摇速度确定模块120，具体还用于：

若防摇控制方式为阻尼防摇控制，按照预设阻尼比计算规则，根据摆长、摆角幅度和小车最大速度，计算理论阻尼比；

将理论阻尼比与固定阻尼比中的最大值作为目标阻尼比；

按照预设阻尼比-速度计算规则，根据摆角幅度、摆长和目标阻尼比，计算小车防摇速度。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，预设摆幅计算规则为：

其中，θ_A表示摆角幅度，θ表示摆角，

表示角速度，ω表示角频率。

进一步地，本实施例的吊具防摇控制装置中，预设阻尼比计算规则为：

预设阻尼比-速度计算规则为：

其中，ζ₁表示理论阻尼比，V_max表示小车最大速度，θ_A表示摆角幅度，l表示摆长，g表示重力加速度，V_M表示小车防摇速度，ζ表示目标阻尼比。

具体的，上述的吊具防摇控制装置的各个单元的具体工作内容，请参见上述方法实施例的介绍，此处不再重复。

图8是本申请实施例提供的一种吊具防摇控制设备的结构示意图。如图8所示，该设备包括：存储器200和处理器210；

其中，存储器200与处理器210连接，用于存储程序；

处理器210，用于通过运行存储器200中存储的程序，实现上述任一实施例公开的吊具防摇控制方法。

具体的，上述吊具防摇控制设备还可以包括：总线、通信接口220、输入设备230和输出设备240。

处理器210、存储器200、通信接口220、输入设备230和输出设备240通过总线相互连接。其中：总线可包括一通路，在计算机系统各个部件之间传送信息。

处理器210可以是通用处理器，例如通用中央处理器(CPU)、微处理器等，也可以是特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

处理器210可包括主处理器，还可包括基带芯片、调制解调器等。

存储器200中保存有执行本发明技术方案的程序，还可以保存有操作系统和其他关键业务。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。更具体的，存储器200可以包括只读存储器(read-only memory，ROM)、可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，RAM)、可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备、磁盘存储器、flash等等。

输入设备230可包括接收用户输入的数据和信息的装置，例如键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、语音输入装置、触摸屏、计步器或重力感应器等。

输出设备240可包括允许输出信息给用户的装置，例如显示屏、打印机、扬声器等。

通信接口220可包括使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(WLAN)等。

处理器2102执行存储器200中所存放的程序，以及调用其他设备，可用于实现本申请实施例所提供的吊具防摇控制方法的各个步骤。

本申请另一实施例还提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述任一实施例提供的吊具防摇控制方法的各个步骤。

本申请另一实施例还提供了一种起重机，该起重机中包括上述实施例提供的吊具防摇控制设备。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

应当理解，本申请实施例描述中所用到的限定词“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”仅用于更清楚的阐述技术方案，并不能用于限制本申请的保护范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (13)

1.一种吊具防摇控制方法，其特征在于，包括：

根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；

对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；

根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；

按照所述小车防摇速度，控制小车运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度，包括：

将重力加速度与所述摆长之间比值的平方根，作为吊具的角频率；

根据所述摆角、所述角速度和所述角频率，按照预设摆幅计算规则，计算所述吊具的摆角幅度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式，包括：

对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定所述吊具所处的摆幅阶段；

获取所述摆幅阶段对应的防摇控制方式；

其中，所述摆幅阶段包括第一摆幅阶段和第二摆幅阶段，所述第一摆幅阶段对应的防摇控制方式为反馈增益防摇控制，所述第二摆幅阶段对应的防摇控制方式为阻尼防摇控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述摆幅阈值包括：第一摆幅阈值和第二摆幅阈值，所述第一摆幅阈值大于所述第二摆幅阈值；

对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定所述吊具所处的摆幅阶段，包括：

判断所述摆角幅度是否大于所述第一摆幅阈值；

若所述摆角幅度大于所述第一摆幅阈值，则确定所述吊具所处的摆幅阶段为第一摆幅阶段；

若所述摆角幅度不大于所述第一摆幅阈值，则判断所述摆角幅度是否大于所述第二摆幅阈值；

若所述摆角幅度大于所述第二摆幅阈值，则确定所述吊具所处的摆幅阶段为第二摆幅阶段。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述防摇控制方式为反馈增益防摇控制，所述防摇控制信息包括：所述摆长、所述摆角、所述角速度、预先设置的小车最大加速度、预先设置的小车最大速度、预先设置的控制参数和预先构建的系统状态空间方程；

若所述防摇控制方式为阻尼防摇控制，所述防摇控制信息包括：所述摆长、所述摆角幅度、预先设置的固定阻尼比和预先设置的小车最大速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度，包括：

若所述防摇控制方式为反馈增益防摇控制，根据所述系统状态空间方程、所述摆长、所述摆角、所述角速度和所述控制参数，计算出反馈控制增益；

按照预设加速度计算规则和所述小车最大加速度，根据所述反馈控制增益、所述摆角和所述角速度，确定小车的输出加速度；

按照所述小车最大速度，对所述输出加速度进行积分限幅处理，得到小车防摇速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照预设加速度计算规则和所述小车最大加速度，根据所述反馈控制增益、所述摆角和所述角速度，确定小车的输出加速度，包括：

按照预设加速度计算规则，根据所述反馈控制增益、所述摆角和所述角速度，计算小车的理论加速度；

按照所述小车最大加速度，对所述理论加速度进行限幅，得到小车的输出加速度。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度，包括：

若所述防摇控制方式为阻尼防摇控制，按照预设阻尼比计算规则，根据所述摆长、所述摆角幅度和所述小车最大速度，计算理论阻尼比；

将所述理论阻尼比与所述固定阻尼比中的最大值作为目标阻尼比；

按照预设阻尼比-速度计算规则，根据所述摆角幅度、所述摆长和所述目标阻尼比，计算小车防摇速度。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设摆幅计算规则为：

其中，θ_A表示摆角幅度，θ表示摆角，

表示角速度，ω表示角频率。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设阻尼比计算规则为：

所述预设阻尼比-速度计算规则为：

其中，ζ₁表示理论阻尼比，V_max表示小车最大速度，θ_A表示摆角幅度，l表示摆长，g表示重力加速度，V_M表示小车防摇速度，ζ表示目标阻尼比。

11.一种吊具防摇控制装置，其特征在于，包括：

摆幅计算模块，用于根据吊具的摆角、吊具的角速度和吊具的摆长，计算吊具的摆角幅度；

防摇方式确定模块，用于对比所述摆角幅度和预先设置的摆幅阈值，确定防摇控制方式；

防摇速度确定模块，用于根据所述防摇控制方式和所述防摇控制方式对应的防摇控制信息，确定小车防摇速度；

小车控制模块，用于按照所述小车防摇速度，控制小车运行。

12.一种吊具防摇控制设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；

其中，所述存储器与所述处理器连接，用于存储程序；

所述处理器，用于通过运行所述存储器中的程序，实现如权利要求1至10中任一项所述的吊具防摇控制方法。

13.一种起重机，其特征在于，包括：如权利要求12所述的吊具防摇控制设备。

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