一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法及系统
技术领域
本申请涉及桥梁施工起重设备技术领域,特别涉及一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法及系统。
背景技术
桥梁建造过程中常面临施工控制难、施工精度低、协同管理难、信息共享差等问题,面向“安全、智能、绿色”三大需求,充分融合数字化、智能化技术,建立新一代桥梁工程智能建造体系的需求与日俱增。综合运用数字化、智能化等等新兴技术,是实现桥梁智能建造,提高施工质量与效率的重要途径。桥梁智能建造装备的使用不仅可以提高施工效率,还能保证施工精度,提高施工质量。
在山区桥梁建造过程中的重要施工装备之一:缆索吊机,广泛应用于山区拱桥、山区悬索桥主梁的吊装架设施工中。已竣工的丽香铁路金沙江特大桥,最大起重钢梁吊重640吨,缆索吊机的额定吊装为800吨。而随着铁路悬索桥跨度的增大,缆索吊机系统的主跨和额定吊重也在不断增大,提升现有缆索吊机的和智能控制水平非常必要。
悬索桥钢梁缆索吊机系统包括主索、牵引系统和起重系统,起重系统包括起重卷扬机、起重钢丝绳、吊具,牵引系统包括牵引卷扬机、牵引索等。起重系统是为了将钢梁提升,牵引系统是为了实现钢梁纵移。起重和牵引卷扬机不能同步工作,一般的步骤是起吊→牵引到位→再次提升。
钢梁吊装一般的步骤为:
1)起吊:钢梁用运梁台车走行至起吊位置,缆索吊机跑车走行至待架钢梁位置,缆索吊机检查并签认后下放吊具与钢梁吊耳连接,检查缆索吊机、吊具和吊耳连接情况,确认正常后,启动缆索吊机起重系统,将钢梁节段起吊约30cm高程,静置5~10分钟,再次对查缆索吊机、吊具和吊耳进行检查,确认正常后,继续进行钢梁起吊提升,提升过程中保持四个吊点基本水平。
2)走行:钢梁起吊提升到一定高程后,启动牵引卷扬机,将钢梁牵引至设计里程位置。
3)提升:启动起重卷扬机将钢梁再次提升,直至钢梁节段提升至可与吊索连接的高程,停止钢梁节段提升。施工人员由猫道通过挂梯下至钢梁顶面,拉动吊索至吊点附近,通过微调对位后,安装吊索与钢梁耳板之间的连接销轴,完成永久吊索连接。
4)拼装:如果是首节段钢梁,在完成永久吊索连接后,缓慢下放吊具使吊索受力,确认一切正常后,摘除吊具与钢梁吊耳间的连接,完成首节段架设。其他中跨钢梁采用同样的方法与相应的永久吊索连接后,新架设钢梁与已架钢梁之间通过临时铰连接,确认吊索与锚箱连接正常后,摘除吊具与钢梁吊耳间的连接,缆索吊走行至下一钢梁节段吊装位置进行下一节段钢梁安装。
目前缆索吊机的智能化已经做到了对缆索吊机系统的主要构件受力、变形进行了实时监测,并对牵引系统和起重系统做到了基于PLC的集中控制。但是,截至目前,实施监测所得到的数据,需要通过人工的判断和决策,为控制系统提供指令,智能化闭环中最重要的基于监测数据和决策算法的自动化决策系统并未建立,梁段拼装对位的精度与效率较差。
在新架设钢梁与已架设钢梁的对位与拼装阶段,传统的做法是通过起重卷扬机提升至可与永久吊索连接的位置即停止提升。之后施工人员用倒链和葫芦,拉动吊索至吊点附近,通过葫芦进行梁段之间的微调,此人工微调过程较为繁琐,时间和效率取决于工人的经验和卷扬机停止位置两个梁段的拼接处差距。缆索吊机发挥作用仅停留在粗调的阶段,如果相邻梁段拼接位置竖向位移差别较大,特别是对重载钢梁而言,单靠倒链与葫芦调整难度也较大。
发明内容
本申请实施例提供一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法及系统,以解决相关技术中缆索吊机发挥作用仅停留在粗调的阶段,如果相邻梁段拼接位置竖向位移差别较大,特别是对重载钢梁而言,单靠倒链与葫芦调整难度较大的问题。
本申请实施例第一方面提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法,所述方法包括:
在缆索吊机试吊阶段,分别单独控制主梁某吊点的起重卷扬机收紧单位位移,并分别测量各吊点的竖向位移变化量,直到得到所有吊点的影响矩阵[M]的各个系数;
在主梁提升阶段,各吊点的起重卷扬机同步将主梁提升至接近目标位置时,测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B];
在主梁调整阶段,根据位移偏差列向量矩阵[B]和影响矩阵[M]得到各吊点起重卷扬机的调整伸缩列向量[A],[A]=[M]-1·[B],将伸缩量矩阵[A]输入至各卷扬机控制器,再次调整主梁各吊点的高程。
在一些实施例中:所述起重卷扬机共有八台,所述主梁上共有四个吊点,各吊点由两台所述起重卷扬机同步提升,所述影响矩阵[M]为4×8的矩阵;
所述位移偏差列向量
所述调整伸缩列向量/>
所述[A]=[M]
-1·[B]的完整表达式为:/>
在一些实施例中:所述再次调整主梁各吊点的高程后,再次测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B],若各吊点的位移偏差列向量[B]大于设定值后,再将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,直至各吊点的位移偏差列向量[B]达到设定值。
在一些实施例中:所述将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,各所述卷扬机控制器控制各吊点的起重卷扬机再次同时提升主梁,以调整主梁各吊点的高程。
在一些实施例中:所述测量主梁各吊点的实际高程采用全球导航卫星系统定位或采用全站仪定位。
本申请实施例第二方面提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制系统,包括:
信息采集模块,所述信息采集模块用于在缆索吊机试吊阶段,分别单独控制主梁某吊点的起重卷扬机收紧单位位移,并分别测量各吊点的竖向位移变化量,直到得到所有吊点的影响矩阵[M]的各个系数;
高差测量模块,所述高差测量模块用于在主梁提升阶段,各吊点的起重卷扬机同步将主梁提升至接近目标位置时,测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B];
调整控制模块,所述调整控制模块用于在主梁调整阶段,根据位移偏差列向量矩阵[B]和影响矩阵[M]得到各吊点起重卷扬机的调整伸缩列向量[A],[A]=[M]-1·[B],将伸缩量矩阵[A]输入至各卷扬机控制器,再次调整主梁各吊点的高程。
在一些实施例中:所述起重卷扬机共有八台,所述主梁上共有四个吊点,各吊点由两台所述起重卷扬机同步提升,所述影响矩阵[M]为4×8的矩阵;
所述位移偏差列向量
所述调整伸缩列向量/>
所述[A]=[M]
-1·[B]的完整表达式为:/>
在一些实施例中:所述调整控制模块再次调整主梁各吊点的高程后,高差测量模块再次测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B],若各吊点的位移偏差列向量[B]大于设定值后,调整控制模块再将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,直至各吊点的位移偏差列向量[B]达到设定值。
在一些实施例中:所述调整控制模块将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,各所述卷扬机控制器控制各吊点的起重卷扬机再次同时提升主梁,以调整主梁各吊点的高程。
在一些实施例中:所述高差测量模块采用全球导航卫星系统定位或采用全站仪定位。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:
本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法及系统,由于本申请的基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法在缆索吊机试吊阶段,分别单独控制主梁某吊点的起重卷扬机收紧单位位移,并分别测量各吊点的竖向位移变化量,直到得到所有吊点的影响矩阵[M]的各个系数;在主梁提升阶段,各吊点的起重卷扬机同步将主梁提升至接近目标位置时,测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B];在主梁调整阶段,根据位移偏差列向量矩阵[B]和影响矩阵[M]得到各吊点起重卷扬机的调整伸缩列向量[A],[A]=[M]-1·[B],将伸缩量矩阵[A]输入至各卷扬机控制器,再次调整主梁各吊点的高程。
因此,本申请的基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法根据钢梁的优化目标位置,通过影响矩阵的智能算法,直接给出起重卷扬机的调节量,多台起重卷扬机同步调整,快速准确调整主梁的姿态,实现吊装梁段和已有梁段的快速智能精准对位。与以往依靠人工观察,手动多次试调相比,准确度和效率显著提升。相比传统缆索吊机智能化集中在各种参数的监测上,监测数据与主动控制依靠人工来实现,本申请直接基于监测数据和优化决策原则给出控制指令,减少人为干预,打通了智能化控制全环节。起重卷扬机位移量调整时,控制不同吊点的多台起重卷扬机可以同时以不同速度运动,主梁的各吊点调整精度高,受力均匀、调整效率高,消除安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例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申请的一些实施例,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为本申请实施例的方法流程图;
图2为本申请实施例的系统结构框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,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的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。
本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法及系统,其能解决相关技术中缆索吊机发挥作用仅停留在粗调的阶段,如果相邻梁段拼接位置竖向位移差别较大,特别是对重载钢梁而言,单靠倒链与葫芦调整难度较大的问题。
参见图1所示,本申请实施例第一方面提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法,所述方法包括:
步骤101、在缆索吊机试吊阶段,分别单独控制主梁某个吊点的起重卷扬机收紧单位位移,并分别测量四个吊点的竖向位移变化量,直到得到所有吊点的影响矩阵[M]的各个系数。
本步骤采用实测方法确定影响矩阵[M]的系数,可以综合考虑起重卷扬机的位移与吊点位移的几何关系(如起重卷扬机的钢丝绳走绳位移,要经过若干道滑轮组的转换才能传递到吊点处)、钢丝绳的受力变形、多个吊点超静定结构的受力与位移分配。
由于缆索吊机的承重主索为柔性结构,上述影响矩阵[M]的系数通过理论数值计算得到准确的结果并不容易,所以采用上述实测方法确定,并不额外增加大的施工工序,易于操作,结果也较为可信。
步骤102、在主梁提升阶段,四个吊点的起重卷扬机同步将主梁提升至接近目标位置时,测量主梁各个吊点的实际高程后与主梁各个吊点的目标高程求取高差值,得到四个吊点的位移偏差列向量[B]。测量主梁各个吊点的实际高程采用全球导航卫星系统定位或采用全站仪定位。
步骤103、在主梁调整阶段,根据位移偏差列向量矩阵[B]和影响矩阵[M]计算得到四个吊点起重卷扬机的调整伸缩列向量[A],[A]=[M]-1·[B],将计算得到的伸缩量矩阵[A]输入至各卷扬机控制器,卷扬机控制器控制起重卷扬机再次调整主梁各吊点的高程。
本申请的基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法根据钢梁的优化目标高程,通过影响矩阵的智能算法,直接给出起重卷扬机的调节量,快速准确调整主梁的姿态。与以往依靠人工观察,手动多次试调相比,准确度和效率显著提升。
相比传统缆索吊机智能化集中在各种参数的监测上,监测数据与主动控制依靠人工来实现,本专利直接基于监测数据和优化决策原则给出控制指令,减少人为干预,打通了智能化控制全环节。起重卷扬机位移量调整时,控制不同吊点的多台起重卷扬机可以同时以不同速度运动,主梁的各吊点调整精度高、受力均匀、调整效率高、消除安全隐患。
在一些可选实施例中:本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法,该方法的起重卷扬机优选但不限于为共有八台,起重卷扬机额数量更具起重主梁的重量确定,重型主梁可采用八台起重卷扬机同步起吊,对于轻型的主梁或构件可采用四台或两台起重卷扬机同步起吊,主梁上共有四个吊点,各吊点由两台起重卷扬机同步提升,所述影响矩阵[M]为4×8的矩阵;
所述[A]=[M]-1·[B]的完整表达式为:
上式中mij表示起重卷扬机j收紧单位位移时,第i个吊点的竖向位移变化量。
在一些可选实施例中:本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法,该方法中再次调整主梁各吊点的高程后,再次测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B],若各吊点的位移偏差列向量[B]大于设定值后,再将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,直至各吊点的位移偏差列向量[B]达到设定值。
本申请实施例再次调整主梁各吊点的高程后,再次测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,进而得到各吊点的位移偏差列向量[B],以判断各吊点的位移偏差列向量[B]是否满足主梁的安装施工要求,若各吊点的位移偏差列向量[B]大于设定值后,再次将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,主梁各吊点的实际高程逐渐接近于主梁各吊点的目标高程。
在一些可选实施例中:本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制方法,该方法将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,各卷扬机控制器控制各吊点的起重卷扬机再次同时提升主梁,以调整主梁各吊点的高程。
本申请实施例将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,各卷扬机控制器控制各吊点的起重卷扬机再次同时提升主梁,八个起重卷扬机同时调整四个吊点的高程,各吊点的受力均匀,调整效率高,降低吊装的安全隐患。
参见图2所示,本申请实施例第二方面提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制系统,包括:
信息采集模块,该信息采集模块用于在缆索吊机试吊阶段,分别单独控制主梁某吊点的起重卷扬机收紧单位位移,并分别测量各吊点的竖向位移变化量,直到得到所有吊点的影响矩阵[M]的各个系数。
信息采集模块采用实测确定影响矩阵[M]的系数,可以综合考虑起重卷扬机的位移与吊点位移的几何关系(如起重卷扬机的钢丝绳走绳位移,要经过若干道滑轮组的转换才能传递到吊点处)、钢丝绳的受力变形、多个吊点超静定结构的受力与位移分配。
由于缆索吊机的承重主索为柔性结构,上述影响矩阵[M]的系数通过理论数值计算得到准确的结果并不容易,所以采用上述实测方法确定,并不额外增加大的施工工序,易于操作,结果也较为可信。
高差测量模块,该高差测量模块用于在主梁提升阶段,四个吊点的起重卷扬机同步将主梁提升至接近目标位置时,测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到四个吊点的位移偏差列向量[B];高差测量模块采用全球导航卫星系统定位或采用全站仪定位。
调整控制模块,该调整控制模块用于在主梁调整阶段,根据位移偏差列向量矩阵[B]和影响矩阵[M]得到四个吊点起重卷扬机的调整伸缩列向量[A],[A]=[M]-1·[B],将伸缩量矩阵[A]输入至各卷扬机控制器,再次调整主梁四个吊点的高程。
在一些可选实施例中:本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制系统,该控制系统的起重卷扬机优选但不限于为共有八台,起重卷扬机额数量更具起重主梁的重量确定,重型主梁可采用八台起重卷扬机同步起吊,对于轻型的主梁或构件可采用四台或两台起重卷扬机同步起吊,主梁上共有四个吊点,各吊点由两台所述起重卷扬机同步提升,影响矩阵[M]为4×8的矩阵;
所述[A]=[M]-1·[B]的完整表达式为:
上式中mij表示起重卷扬机j收紧单位位移时,第i个吊点的竖向位移变化量。
在一些可选实施例中:本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制系统,该控制系统的调整控制模块再次调整主梁各吊点的高程后,高差测量模块再次测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,得到各吊点的位移偏差列向量[B],若各吊点的位移偏差列向量[B]大于设定值后,调整控制模块再将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,直至各吊点的位移偏差列向量[B]达到设定值。
本申请实施例的调整控制模块再次调整主梁各吊点的高程后,高差测量模块再次测量主梁各吊点的实际高程后与主梁各吊点的目标高程求取高差值,进而得到各吊点的位移偏差列向量[B],以判断各吊点的位移偏差列向量[B]是否满足主梁的安装施工要求。若各吊点的位移偏差列向量[B]大于设定值后,调整控制模块再次将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,主梁各吊点的实际高程逐渐接近于主梁各吊点的目标高程。
在一些可选实施例中:本申请实施例提供了一种基于影响矩阵法的缆索吊机智能吊装控制系统,该控制系统的调整控制模块将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,各卷扬机控制器控制各吊点的起重卷扬机再次同时提升主梁,以调整主梁各吊点的高程。
本申请实施例的调整控制模块将调整伸缩列向量[A]输入至各卷扬机控制器,各卷扬机控制器控制各吊点的起重卷扬机再次同时提升主梁,八个起重卷扬机同时调整四个吊点的高程,各吊点的受力均匀,调整效率高,降低吊装的安全隐患。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,在本申请中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。