CN115448158A - 一种天车防摇摆控制方法 - Google Patents

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袁昆
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Abstract

本发明公开了一种天车防摇摆控制方法，包括以下步骤：步骤一安装：在大车及小车上安装位置检测装置，在吊钩或吊物上安装摆角检测装置，步骤二参数输入：输入天车大车及小车参数。本发明根据天车大车及小车走行参数，运行目标参数，控制参数计算大车及小车走行速度曲线，使其在加、减速运行结束时摆角较小或无摆角；通过天车吊钩/吊物摆角闭环控制，机车进入匀速阶段时开启摆角闭环控制，使其能维持较小摆角或无摆角运行；通过天车吊钩/吊物摆角、位移双闭环控制，机车减速后停车阶段开启，使其能较小摆角或无摆角停车并能保证精准对位，可以自动保持走行过程中防摇摆以及停车过程中的防摇摆，无需依靠操作人员经验判断，也更加可靠。

Description

一种天车防摇摆控制方法
技术领域
本发明涉及天车吊装及走行控制方法技术领域，具体为一种天车防摇摆控制方法。
背景技术
目前天车结构主要由小车、小车横梁、大车、大车纵向主梁、吊钩和吊物等组成，大车沿着大车纵向主梁运行，小车沿着小车横梁运行，吊钩通过吊绳吊动重物沿着竖直方向运动，天车在吊装工作过程中会产生较大运行摆动，特别是在走行过程中，使得生产效率严重下降，长期强烈的摇摆过程会导致吊索损坏，同时会对金属结构产生危害，为天车以后的使用埋下啃轨危险，造成经济损失和危害工作人员安全，目前的天车吊装作业、走行定位目前完全依靠人工操作，缺乏有效的信息自动化手段，作业准确率和物流效率低，劳动强度大，避免运动摆动出现以及消除天车的运行摆动目前也是几乎依靠人工操作员经验，这种方式效率低、精度低，操作难度大，无法满足现代工业需求。
为此我们提出一种天车防摇摆控制方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天车防摇摆控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种天车防摇摆控制方法，包括以下步骤：
步骤一安装：在大车及小车上安装位置检测装置，在吊钩或吊物上安装摆角检测装置；
步骤二参数输入：输入天车大车及小车参数：大车走行参数RL(rl0,rl1,......,rli)、大车控制参数CL(cl0,cl1,......,clm)以及小车走行参数RS(rs0,rs1,......,rsi)、小车控制参数CS(cs0,cs1,......,csm)；
步骤三计算最优速度曲线：当接收到走行任务及目标位置St后，大车及小车分别根据当前位置Sdl和Sds、目标位置Stl和Sts、当前机车状态GS和GL以及步骤二中大车走行参数RL、小车走行参数RS、大车控制参数CL、小车控制参数CS确定整个走行的目标速度Vts、Vtl、加速时间TS及减速时间TL，进而计算出最优速度曲线，所述最优速度曲线包括最优加速曲线及最优减速曲线；
步骤四加速阶段：走行开始，按照步骤三所得最优加速曲线实时输出控制速度给PLC，使大车、小车以最优速度曲线加速到目标速度，加速阶段结束达到目标速度；
步骤五匀速阶段：加速阶段结束到达目标速度后的匀速阶段，通过步骤一中摆角检测装置实时检测摆角角度，若摆角角度正常则正常走行，若摆角角度达到控制阈值则开启摆角闭环控制，并根据摆角角度计算调整输出速度值，根据计算出的速度值走行来减小摆角；
步骤六减速阶段：减速过程按照步骤三所得最优减速曲线实时输出控制速度给PLC，控制大车及小车移动；
步骤七对位：根据步骤一种摆角检测装置实时检测摆角角度，若减速过程结束后若摆角角度满足停车要求则进行对位停车动作，若摆角角度超过控制阈值，则开启摆角闭环控制及位置闭环控制，保证天车停车时摆角较小；
步骤八结束走行：走行结束，若有新的走行任务则继续进行步骤二-步骤七开启新一次天车走行操作。
优选的，所述步骤三种最优速度曲线采用最优控制理论中的最大值原理和变分法，根据已建立的天车系统状态方程及以加速初始状态到末状态的累加摆角和及累加摆角变化量为性能评价指标联立微分方程组，计算出最佳理论轨迹曲线，根据天车运行初速度V0、末速度Vc、加速时间T以及绳长L即可计算出使其整个加速过程摆角θ最小的最优速度曲线vopt＝f(v0,vc,T,l)，进而确定最优加速曲线及最优减速曲线。
优选的，所述步骤五中速度值计算方式如下：大车及小车闭环控制输出控制量(速度)为un＝[un-1+kp(en-en-1)+kien+kd(en-2en-1)+en-2+un-1]+vref，其中e为吊物或吊钩摆角角度，vref为大车及小车匀速运行目标速度，kp、ki、kd为pid控制参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明根据天车大车及小车走行参数，运行目标参数，控制参数计算大车及小车走行速度曲线，使其在加、减速运行结束时摆角较小或无摆角；通过天车吊钩/吊物摆角闭环控制，机车进入匀速阶段时开启摆角闭环控制，使其能维持较小摆角或无摆角运行；通过天车吊钩/吊物摆角、位移双闭环控制，机车减速后停车阶段开启，使其能较小摆角或无摆角停车并能保证精准对位，可以自动保持走行过程中防摇摆以及停车过程中的防摇摆，无需依靠操作人员经验判断，也更加可靠。
附图说明
图1为本发明步骤示意图；
图2为本发明中最优速度曲线示意图；
图3为本发明防摇摆闭环控制系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种天车防摇摆控制方法，包括以下步骤：
步骤一安装：在大车及小车上安装位置检测装置，在吊钩或吊物上安装摆角检测装置；
步骤二参数输入：输入天车大车及小车参数：大车走行参数RL(rl0,rl1,......,rli)、大车控制参数CL(cl0,cl1,......,clm)以及小车走行参数RS(rs0,rs1,......,rsi)、小车控制参数CS(cs0,cs1,......,csm)；
步骤三计算最优速度曲线：当接收到走行任务及目标位置St后，大车及小车分别根据当前位置Sdl和Sds、目标位置Stl和Sts、当前机车状态GS和GL以及步骤二中大车走行参数RL、小车走行参数RS、大车控制参数CL、小车控制参数CS确定整个走行的目标速度Vts、Vtl、加速时间TS及减速时间TL，进而计算出最优速度曲线，最优速度曲线包括最优加速曲线及最优减速曲线；
步骤四加速阶段：走行开始，按照步骤三所得最优加速曲线实时输出控制速度给PLC，使大车、小车以最优速度曲线加速到目标速度，加速阶段结束达到目标速度；
步骤五匀速阶段：加速阶段结束到达目标速度后的匀速阶段，通过步骤一中摆角检测装置实时检测摆角角度，若摆角角度正常则正常走行，若摆角角度达到控制阈值则开启摆角闭环控制，并根据摆角角度计算调整输出速度值，根据计算出的速度值走行来减小摆角；
步骤六减速阶段：减速过程按照步骤三所得最优减速曲线实时输出控制速度给PLC，控制大车及小车移动；
步骤七对位：根据步骤一种摆角检测装置实时检测摆角角度，若减速过程结束后若摆角角度满足停车要求则进行对位停车动作，若摆角角度超过控制阈值，则开启摆角闭环控制及位置闭环控制，保证天车停车时摆角较小；
步骤八结束走行：走行结束，若有新的走行任务则继续进行步骤二-步骤七开启新一次天车走行操作。
实施例2：
请参阅图2，步骤三种最优速度曲线采用最优控制理论中的最大值原理和变分法，根据已建立的天车系统状态方程及以加速初始状态到末状态的累加摆角和及累加摆角变化量为性能评价指标联立微分方程组，计算出最佳理论轨迹曲线，根据天车运行初速度V0、末速度Vc、加速时间T以及绳长L即可计算出使其整个加速过程摆角θ最小的最优速度曲线vopt＝f(v0,vc,T,l)，进而确定最优加速曲线及最优减速曲线，曲线如说明书附图2所示。
步骤五中速度值计算方式如下：大车及小车闭环控制输出控制量(速度)为un＝[un-1+kp(en-en-1)+kien+kd(en-2en-1)+en-2+un-1]+vref，其中e为吊物或吊钩摆角角度，vref为大车及小车匀速运行目标速度，kp、ki、kd为pid控制参数。
实施例3：
本发明使用过程如下：步骤一安装：在大车及小车上安装位置检测装置，在吊钩或吊物上安装摆角检测装置；步骤二参数输入：输入天车大车及小车参数：大车走行参数RL(rl0,rl1,......,rli)、大车控制参数CL(cl0,cl1,......,clm)以及小车走行参数RS(rs0,rs1,......,rsi)、小车控制参数CS(cs0,cs1,......,csm)；步骤三计算最优速度曲线：当接收到走行任务及目标位置St后，大车及小车分别根据当前位置Sdl和Sds、目标位置Stl和Sts、当前机车状态GS和GL以及步骤二中大车走行参数RL、小车走行参数RS、大车控制参数CL、小车控制参数CS确定整个走行的目标速度Vts、Vtl、加速时间TS及减速时间TL，进而计算出最优速度曲线，最优速度曲线包括最优加速曲线及最优减速曲线；步骤四加速阶段：走行开始，按照步骤三所得最优加速曲线实时输出控制速度给PLC，使大车、小车以最优速度曲线加速到目标速度，加速阶段结束达到目标速度；步骤五匀速阶段：加速阶段结束到达目标速度后的匀速阶段，通过步骤一中摆角检测装置实时检测摆角角度，若摆角角度正常则正常走行，若摆角角度达到控制阈值则开启摆角闭环控制，并根据摆角角度计算调整输出速度值，根据计算出的速度值走行来减小摆角；步骤六减速阶段：减速过程按照步骤三所得最优减速曲线实时输出控制速度给PLC，控制大车及小车移动；步骤七对位：根据步骤一种摆角检测装置实时检测摆角角度，若减速过程结束后若摆角角度满足停车要求则进行对位停车动作，若摆角角度超过控制阈值，则开启摆角闭环控制及位置闭环控制，保证天车停车时摆角较小；步骤八结束走行：走行结束，若有新的走行任务则继续进行步骤二-步骤七开启新一次天车走行操作。本发明根据天车大车及小车走行参数，运行目标参数，控制参数计算大车及小车走行速度曲线，使其在加、减速运行结束时摆角较小或无摆角；通过天车吊钩/吊物摆角闭环控制，机车进入匀速阶段时开启摆角闭环控制，使其能维持较小摆角或无摆角运行；通过天车吊钩/吊物摆角、位移双闭环控制，机车减速后停车阶段开启，使其能较小摆角或无摆角停车并能保证精准对位，可以自动保持走行过程中防摇摆以及停车过程中的防摇摆，无需依靠操作人员经验判断，也更加可靠。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种天车防摇摆控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一安装：在大车及小车上安装位置检测装置，在吊钩或吊物上安装摆角检测装置；
步骤二参数输入：输入天车大车及小车参数：大车走行参数RL(rl0,rl1,......,rli)、大车控制参数CL(cl0,cl1,......,clm)以及小车走行参数RS(rs0,rs1,......,rsi)、小车控制参数CS(cs0,cs1,......,csm)；
步骤三计算最优速度曲线：当接收到走行任务及目标位置St后，大车及小车分别根据当前位置Sdl和Sds、目标位置Stl和Sts、当前机车状态GS和GL以及步骤二中大车走行参数RL、小车走行参数RS、大车控制参数CL、小车控制参数CS确定整个走行的目标速度Vts、Vtl、加速时间TS及减速时间TL，进而计算出最优速度曲线，所述最优速度曲线包括最优加速曲线及最优减速曲线；
步骤四加速阶段：走行开始，按照步骤三所得最优加速曲线实时输出控制速度给PLC，使大车、小车以最优速度曲线加速到目标速度，加速阶段结束达到目标速度；
步骤五匀速阶段：加速阶段结束到达目标速度后的匀速阶段，通过步骤一中摆角检测装置实时检测摆角角度，若摆角角度正常则正常走行，若摆角角度达到控制阈值则开启摆角闭环控制，并根据摆角角度计算调整输出速度值，根据计算出的速度值走行来减小摆角；
步骤六减速阶段：减速过程按照步骤三所得最优减速曲线实时输出控制速度给PLC，控制大车及小车移动；
步骤七对位：根据步骤一种摆角检测装置实时检测摆角角度，若减速过程结束后若摆角角度满足停车要求则进行对位停车动作，若摆角角度超过控制阈值，则开启摆角闭环控制及位置闭环控制，保证天车停车时摆角较小；
步骤八结束走行：走行结束，若有新的走行任务则继续进行步骤二-步骤七开启新一次天车走行操作。
2.根据权利要求1所述的一种天车防摇摆控制方法，其特征在于：所述步骤三种最优速度曲线采用最优控制理论中的最大值原理和变分法，根据已建立的天车系统状态方程及以加速初始状态到末状态的累加摆角和及累加摆角变化量为性能评价指标联立微分方程组，计算出最佳理论轨迹曲线，根据天车运行初速度V0、末速度Vc、加速时间T以及绳长L即可计算出使其整个加速过程摆角θ最小的最优速度曲线vopt＝f(v0,vc,T,l)，进而确定最优加速曲线及最优减速曲线。
3.根据权利要求1所述的一种天车防摇摆控制方法，其特征在于：所述步骤五中速度值计算方式如下：大车及小车闭环控制输出控制量(速度)为un＝[un-1+kp(en-en-1)+kien+kd(en-2en-1)+en-2+un-1]+vref，其中e为吊物或吊钩摆角角度，vref为大车及小车匀速运行目标速度，kp、ki、kd为pid控制参数。
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