CN117623122A - 一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制系统技术领域，尤其涉及一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法。包括：对现场环境数据进行采集，并对采集到的现场环境数据进行处理分析，得到环境状态数据；对吊车操作数据进行收集、处理及分析，得到吊车操作数据集；对环境状态数据进行分析，设计环境影响评估函数；对吊车操作数据集进行处理分析，引入动态负载安全评估算法和吊臂稳定性预测算法，并构建平衡点理论模型；综合环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，得到初步操作策略，并初步调整吊车操作，基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息评估安全风险等级，制定调整建议。解决了现有技术对吊车风电臂的负荷控制的稳定性较差，不够灵活和准确的技术问题。

Description

一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动控制系统技术领域，尤其涉及一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法。

背景技术

目前，风电场的建设和维护常常需要使用重型吊车来装卸和维护巨大的风力发电机组件，如叶片、机舱和塔筒。这些组件的重量和尺寸都非常大，对吊车的操控和负荷控制提出了较高的要求。传统的吊车负荷控制系统主要依赖于操作员的经验和判断，这在风力发电领域存在一定的局限性。风电场的特殊环境，如不平坦的地形和强风条件，增加了吊装操作的复杂性和危险性。此外，传统的负荷控制系统往往无法实时响应风速和风向的变化，这可能导致负荷不稳定，增加事故风险。

对于吊车控制的研究有很多，丰华等人提出的我国发明专利“一种分布式智能吊机控制系统”，申请号：“CN202211456548.8”，主要包括：控制终端、分布式统计服务器和监控前端，其特征在于：所述控制终端、分布式统计服务器和监控前端通过WIFI、蓝牙或多通信端口进行通讯连接；所述监控前端用于安装在吊机上的多种监控设备，对吊机采集数据和环境影响数据进行实时采集和实时监测，并将实时吊机采集的数据发送至分布式统计服务器；所述分布式统计服务器用于对多组吊机的参数数据进行统计，通过对吊机的功能、复合、容量进行分担式的混合分工得到的吊机采集数据进行分析，便于分布式控制；所述控制终端自主研发精密处理算法，通过对所述吊机采集数据和环境影响数据计算得出系数风险值，实时监测电机启动和运行数据，及时将所述吊机采集数据和所述系数风险值进行统计、智能对比、预判和控制。

但上述技术至少存在如下技术问题：对吊车风电臂的负荷控制的稳定性较差，不够灵活和不够准确的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法，解决了现有技术对吊车风电臂的负荷控制的稳定性较差，不够灵活和不够准确的技术问题，实现了更灵活、更准确、更稳定的对吊车风电臂进行负荷控制的技术效果。

本发明的一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法，具体包括以下技术方案：

一种基于吊车风电臂的负荷控制系统，包括以下部分：

环境监测模块，传感器模块，实时数据分析和调控模块，安全监控模块，动态负荷平衡模块；

所述环境监测模块，对现场环境数据进行收集，得到现场环境数据，所述现场环境数据包括温度、湿度、地形的信息；对现场环境数据进行处理分析，得到环境状态数据，将环境状态数据传递给实时数据分析和调控模块；

所述传感器模块，对吊车操作相关的数据进行实时采集，得到吊车操作的实时关键参数，并将实时关键参数传递给实时数据分析和调控模块；所述实时关键参数包括负荷重量、风速、风向；

所述实时数据分析和调控模块，接收传感器模块和环境监测模块的数据，并对接收到的数据进行分析，得到初步操作策略，生成操作命令，并根据操作命令调整吊车操作，将操作命令传递给动态负荷平衡模块和安全监控模块；

所述安全监控模块，接收实时数据分析和调控模块的操作命令和动态负荷平衡模块的反馈，监控调整操作过程的安全性，生成安全警报和调整建议，并反馈给动态负荷平衡模块；

所述动态负荷平衡模块，接收实时数据分析和调控模块的操作命令和安全监控模块的反馈，调整吊车的操作状态，维持负荷平衡和稳定，并将操作状态和负荷平衡信息，反馈给安全监控模块。

一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，包括以下步骤：

S1. 对现场环境数据进行采集，得到现场环境数据，并对现场环境数据进行处理分析，得到环境状态数据，同时对吊车操作数据进行收集、处理及分析，得到吊车操作数据集；

S2. 对环境状态数据进行分析，并设计环境影响评估函数，对吊车操作数据集进行处理分析，并引入动态负载安全评估算法和吊臂稳定性预测算法，构建平衡点理论模型，定义力矩平衡公式，计算当前操作条件下的动态平衡点，综合环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，得到初步操作策略；

S3. 根据初步操作策略以及安全反馈初步调整吊车操作，基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息重新评估安全风险等级，并制定调整建议。

优选的，所述S1，具体包括：

对现场环境数据进行采集，得到现场环境数据；对现场环境数据进行清洗，将异常数据进行删除，对于缺失的数据点，利用插值方法进行补全；对完整的数据进行标准化处理，同时对时间戳进行标准化处理，得到完整的环境数据；对完整的环境数据进行数据分析，得到环境状态数据；通过各类传感器实时对吊车操作数据进行收集，并对收集到的吊车操作数据进行初步处理，包括滤波、去噪和校准，再对初步处理后的吊车操作数据进行分析及整合，得到吊车操作数据集。

优选的，所述S2，具体包括：

在对吊车操作数据集进行处理分析得到工作状态的过程中，引入动态负载安全评估算法；所述动态负载安全评估算法，通过分析当前和历史负荷数据，判断当前负荷是否超出安全工作范围。

优选的，在所述S2中，还包括：

所述吊臂稳定性预测算法，通过分析吊车风电臂的当前状态和历史操作，评估是否存在倾斜或不稳定风险。

优选的，在所述S2中，还包括：

在计算动态平衡点的过程中，构建平衡点理论模型，所述平衡点理论模型用于描述和预测吊车在不同负荷和吊车风电臂位置下的力矩平衡状态。

优选的，在所述S2中，还包括：

在计算动态平衡点的过程中，应用平衡点理论模型，计算当前操作条件下的动态平衡点；分析计算出的平衡点位置，通过比较实际平衡点和理想平衡点的位置差，评估吊车操作的稳定性。

优选的，在所述S2中，还包括：

综合环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，制定操作策略；在制定操作策略过程中，设计综合评估函数，求取最优解；在求解过程中，利用动态安全优化算法进行最优解计算，得到最优的吊车操作参数，进一步，得到初步操作策略；所述动态安全优化算法结合了梯度的优化方法和自适应权重调整。

优选的，所述S3，具体包括：

解析初步操作策略生成的操作命令，初步调整吊车操作；基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息，重新评估安全风险等级，并根据安全风险等级确定是否需要发出安全警报；同时根据当前的风险等级和操作情况，制定调整建议。

优选的，在所述S3中，还包括：

应用约束优化技术进行建议调整，并与操作命令进行比较生成最终调整后的操作策略，融合遗传算法和模拟退火算法得到综合调整函数，生成最优化的操作参数，同时进行微调操作，动态调整吊车参数，得到吊车操作的最终状态，对吊车操作的最终状态进行安全检查，并基于吊车操作的最终状态对吊车风电壁负荷进行控制。

本发明的技术方案的有益效果是：

1、本发明通过综合考虑环境影响评估函数和动态负载安全评估算法，能够更准确地识别和响应吊车操作中的潜在风险，使用的环境影响评估函数允许操作者实时了解各种环境因素如风速、温度和湿度对吊车性能的影响，通过吊臂稳定性预测算法，可以实时评估吊车风电臂的稳定性，防止由于不当操作或极端环境条件导致的吊车风电臂失稳或倾斜。这不仅增强了吊车操作的安全性，还提高了整体作业效率，采用力矩平衡原理和相关的计算模型，提供了一种准确预测吊车在不同负荷和位置下稳定性的方法；通过综合评估函数和动态安全优化算法，不仅确保了吊车操作的安全性，还寻找了提高效率的最佳操作路径和速度调整。这意味着在保持高安全标准的同时，也能最大化作业效率。

2、本发明通过综合应用安全监控模块的安全反馈分析和动态负荷平衡模块，该方案能够有效地识别潜在风险并进行及时调整，以降低事故发生的可能性。通过对环境状态数据和吊车操作数据集的实时分析，可以对潜在的不平衡状态和危险情况进行快速响应，利用遗传算法和模拟退火算法结合决策树分析和多元线性回归技术，能够精确地控制吊车风电臂负荷，确保操作的稳定性和安全性，通过连续监测环境变化和吊车工作状态，能够动态调整操作策略，以适应不断变化的工作条件，这种动态适应能力提高了吊车操作的灵活性和效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例所提供的基于吊车风电臂的负荷控制系统的模块图；

图2为本发明一个实施例所提供的基于吊车风电臂的负荷控制方法的流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法。

参照附图1，其示出了本发明一个实施例所提供的基于吊车风电臂的负荷控制系统的模块图，该系统包括以下部分：

环境监测模块，传感器模块，实时数据分析和调控模块，安全监控模块，动态负荷平衡模块；

所述环境监测模块，对现场环境数据进行收集，得到现场环境数据，对现场环境数据进行处理分析，得到完整的环境数据，对完整的环境数据进行数据分析，得到环境状态数据，并传递给实时数据分析和调控模块；

所述现场环境数据包括温度、湿度、地形等信息；

所述传感器模块，对吊车操作相关的数据进行实时采集，得到吊车操作的实时关键参数，并将实时关键参数传递给实时数据分析和调控模块；所述实时关键参数如负荷重量、风速、风向；

所述实时数据分析和调控模块，接收传感器模块和环境监测模块的数据，并对接收到的数据进行分析，得到初步操作策略，生成操作命令，并根据操作命令调整吊车操作，将操作命令传递给动态负荷平衡模块和安全监控模块；

所述安全监控模块，接收实时数据分析和调控模块的操作命令和动态负荷平衡模块的反馈，监控调控操作过程的安全性，及时识别和响应潜在风险，生成安全警报和调整建议，并反馈给动态负荷平衡模块；

所述动态负荷平衡模块，接收实时数据分析和调控模块的操作命令和安全监控模块的反馈，调整吊车的操作状态，维持负荷平衡和稳定，并将操作状态和负荷平衡信息，反馈给安全监控模块；

参照附图2，其示出了本发明一个实施例所提供的基于吊车风电臂的负荷控制方法的流程图，该方法包括以下步骤：

S1. 对现场环境数据进行采集，得到现场环境数据，并对现场环境数据进行处理分析，得到环境状态数据，同时对吊车操作数据进行收集、处理及分析，得到吊车操作数据集；

对现场环境数据进行采集，得到现场环境数据，对现场环境数据进行清洗，将不合理的异常数据进行删除，对于缺失的数据点，利用插值方法进行补全，以保持数据的连续性；对完整的数据进行标准化处理，将所有数据统一到相同的格式和单位，最后对时间戳进行标准化处理，确保所有数据在时间轴上的一致性，得到完整的环境数据；上述涉及的数据处理手段均为本领域技术人员熟知的技术手段，在此不做赘述；

对完整的环境数据进行数据分析，首先进行趋势分析，分析完整的环境数据的时间序列，识别例如温度和风速的长期和短期趋势，使用移动平均技术来辨识和过滤短期波动，突出长期趋势；移动平均技术为现有技术；计算关键环境参数的统计数据，如分析风向变化，识别主导风向和风向的变化频率；分析潜在影响评估，如根据风速和风向的数据，评估对吊车操作的潜在影响，如吊装稳定性，考虑地形因素对风速和风向的潜在影响，预测可能的风险区域；

经过上述处理得到环境状态数据；

在吊车关键位置安装传感器，如将负荷传感器安装在吊钩上，以测量负荷重量；将角度传感器安装在吊车风电臂关节处，以测量吊车风电臂角度；将位置传感器放置于吊车风电臂和吊车主体上，以测量吊车风电臂和吊车主体的相对位置。通过各类传感器实时对吊车操作数据进行收集，并对采集到的吊车操作数据进行初步处理；初步处理如滤波、去噪和校准，均为现有技术，以确保数据的准确性和可靠性；再进行分析，最后对初步处理后的吊车操作数据进行整合，形成一个统一的数据集，得到吊车操作数据集；

S2. 对环境状态数据进行分析，并设计环境影响评估函数，对吊车操作数据集进行处理分析，并引入动态负载安全评估算法和吊臂稳定性预测算法，构建平衡点理论模型，定义力矩平衡公式，计算当前操作条件下的动态平衡点，综合环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，得到初步操作策略；

对环境状态数据进行分析，得到环境状态数据对吊车性能的影响：

基于环境状态数据对吊车操作的影响，设计环境影响评估函数，所述环境影响评估函数，具体实现公式如下：

，

其中，表示环境影响评估函数；/>是风速；/>是温度；/>是湿度；是负荷重量；/>是风向；/>是地形因素；/>是比例常数；/>是调整系数；/>是标准温度；是风速的逻辑斯蒂响应，风速对吊车操作影响的非线性特性，表示风速影响的饱和特点；/>是温度的影响模型，表示温度偏离标准值对吊车操作的影响；/>是湿度的影响模型，表示湿度对吊车操作的影响的递减特性；/> 是风向对吊车操作的影响的函数；/> 是地形因素对吊车操作的影响的函数；

仅考虑环境状态数据对吊车操作影响较大的环境因素，即主要影响因素，在其他环境下，若主要影响因素改变，则修改环境评估函数；

对吊车操作数据集进行处理分析，得到吊车工作状态以及负荷动态平衡点：

在对吊车操作数据集进行处理分析得到工作状态的过程中，引入动态负载安全评估算法来分析当前和历史负荷数据，判断当前负荷是否超出安全工作范围，以确保负荷重量处于安全范围内；具体实现公式如下：

，

其中，是当前安全负荷余量；/>是最大安全负荷，吊车制造商根据吊车的设计和测试确定的最大负载限制；/>是随时间变化的安全系数函数，考虑了吊车的磨损和使用条件变化；/>是时间/>时的负荷重量；/>和/>分别是历史负荷数据的加权系数和历史上某一时刻的负荷重量；/>表示历史负荷数据的数据点的数量；/>是自然对数的底；/>是考虑速度/>和加速度/>对安全影响的函数；/>是随时间累积的负荷影响，考虑了随时间变化的负荷重量和相应的安全系数，以评估长期负载对吊车安全性的影响；是历史负荷数据对当前安全评估的影响，通过考虑历史负荷数据来评估过去的使用状况如何影响当前的安全性；若S<0，则认为当前负荷超出安全范围；

进一步，引入吊臂稳定性预测算法避免吊车风电臂位置和角度导致的稳定性风险；通过吊臂稳定性预测算法，分析吊车风电臂的当前状态和历史操作，评估是否存在倾斜或不稳定风险，具体实现公式如下：

，

其中，是稳定性指标，/>表示吊车风电臂的位置向量，表示吊车风电臂在空间中的位置；/>是吊车风电臂的角度，即吊车风电臂与垂直线的夹角；/>和/>是用于避免零除错误的小量；/>是与角度相关的调整函数，基于工程经验设计的函数；/>是位置向量的方向角；/>是吊车风电臂操作中的临界位置，表示吊车风电臂操作的极限或最优位置；是基于当前吊车风电臂状态的稳定性指标，使用对数函数来放大细微的位置和角度变化的影响，对吊车风电臂的位置和角度变化敏感，能够捕捉到微小的稳定性风险；/>是动态调整因素；/>用于评估吊车风电臂位置变化对稳定性的影响，当吊车风电臂位置接近某个特定点/>时，描述了由于位置微小变化引起的稳定性变化；若稳定性指标R超过根据专家经验法设定的阈值，则认为存在稳定性风险；

结合上述算法的输出，综合评估吊车的整体工作状态，所述工作状态包括安全性和稳定性。

计算动态平衡点的实现过程：

首先，为了提供一个用于分析和预测吊车在不同负荷和位置下的力学行为的框架，构建平衡点理论模型；平衡点理论模型用于描述和预测吊车在不同负荷和吊车风电臂位置下的力矩平衡状态；具体实施步骤如下：

采用力矩平衡原理来保证在任何给定状态下吊车的物理平衡，再对过程变量进行定义，过程变量包括：吊车风电臂长度，负荷重量/>，吊车风电臂角度/>，支点到旋转轴的距离/>，吊车风电臂质心到旋转轴的距离/>，吊车本体重量/>；最后建立可以描述平衡点理论模型的力矩平衡公式，具体表达式如：

，

其中，是支持力；

力矩平衡公式用于实际数据的应用与计算；

进一步，将实时收集的数据应用于平衡点理论模型中，以计算当前操作条件下的动态平衡点，具体实现过程如下：

基于吊车操作数据集，根据力矩平衡公式计算支持力：

，

进一步，分析计算出的平衡点位置，以评估当前操作的稳定性并预测潜在的风险；首先，对理论上的平衡点位置进行计算：

，

再通过比较实际平衡点和理想平衡点的位置差，来评估吊车操作的稳定性；

，

当时，/>为根据专家经验法设定的接近于零的数，表示实际平衡点接近理想平衡点，吊车处于较稳定的状态，即吊车的稳定性良好；如果/>，表示实际平衡点远离理想状态，吊车的稳定性较差，存在倾覆或失衡的风险；

根据提供的动态平衡点的详细信息，指导实际操作中的调整，如果表示吊车的稳定性良好，则可以继续当前操作；若/>表示吊车的稳定性差，需要采取措施调整吊车风电臂位置或负荷分布，以恢复平衡；

综合上述对环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，制定全面的操作策略，具体实现过程如下：

策略框架设定；定义操作策略的基本框架，包括安全参数设定、效率目标和操作限制；

安全性考量；确保操作策略符合动态负载安全评估和吊车风电臂稳定性的要求，即保证和稳定性指标R在安全阈值内；

效率优化；在满足安全要求的前提下，寻找最优的吊车移动路径和速度调整，以提高吊车操作效率；

作为一个具体实施列，具体实施过程如下：

设计一个综合评估函数来进行综合评估，在满足安全要求的前提下，寻找最优的吊车移动路径和速度调整，以提高操作效率；

，

其中，α，β，γ是权重系数，用于调整环境影响、安全负荷余量和稳定性指标在综合评估中的比重；

最后，将综合评估函数作为目标函数，安全要求作为约束条件，求取最优解；在求解过程中，利用动态安全优化算法有效的在非线性和高维度环境下进行最优解计算，在确保安全的基础上，找到最优的吊车操作参数；动态安全优化算法结合了梯度的优化方法和自适应权重调整；具体实现如下：

第一步，初始化；设定初始权重和操作参数；

第二步，梯度计算；计算综合评价函数D关于各吊车操作参数的梯度；

第三步，参数更新；根据梯度调整吊车操作参数，以增加综合评价函数D的数值；

第四步，权重自适应调整；根据吊车操作参数的变化调整α，β，γ的值；

第五步，迭代；重复第二步至第四步，直到找到D的最大值；

最终通过上述过程，计算出最优吊车操作参数以及相应的权重配置；吊车操作参数，包括移动速度，位置和负荷；并得到初步操作策略；

本发明通过综合考虑环境影响评估函数和动态负载安全评估算法，能够更准确地识别和响应吊车操作中的潜在风险，使用环境影响评估函数允许操作者实时了解各种环境因素如风速、温度和湿度对吊车性能的影响，通过吊臂稳定性预测算法，可以实时评估吊车风电臂的稳定性，防止由于不当操作或极端环境条件导致的吊车风电臂失稳或倾斜。这不仅增强了操作的安全性，还提高了整体作业效率，采用力矩平衡原理和相关的计算模型，提供了一种准确预测吊车在不同负荷和位置下稳定性的方法；通过综合评估函数和动态安全优化算法，不仅确保了吊车操作的安全性，还寻找了提高效率的最佳操作路径和速度调整。这意味着在保持高安全标准的同时，也能最大化作业效率。

S3. 根据初步操作策略以及安全反馈初步调整吊车操作，基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息重新评估安全风险等级，并制定调整建议。

首先，解析从实时数据分析和调控模块得到的初步操作策略生成的操作命令，操作命令包括目标位置、预期速度/> 和预期负荷/>，动态负荷平衡模块分析安全监控模块的反馈，安全监控模块的反馈如风险等级/>和建议调整/>；风险等级/>是基于当前的环境条件确定的，如风速、地面稳定性等因素；建议调整/>包括降低移动速度、调整负荷平衡或临时暂停操作；

为了便于后续处理，将上述操作命令和反馈转换为数学表达式：

操作命令：/>，其中，/>代表转换函数；转换函数f考虑了目标位置、速度和负荷，生成实际的操作路径和速度配置；

安全反馈：/>，其中，/>是一个基于风险和建议计算新风险等级的函数；函数/>通过整合风险等级和安全建议来决定是否需要调整操作命令，或是否需要引入额外的安全措施；

进一步，进行初步调整吊车操作；根据操作命令，动态负荷平衡模块调整吊车操作，包括改变吊车风电臂角度/>、调整吊钩高度/>；同时考虑/>，以确保调整过程的安全性；并将调整后的吊车风电臂角度/>、吊钩高度/>应用到吊车操作过程中，同时持续监测吊车的操作状态，确保按照操作命令执行调整，并根据当前吊车状态参照步骤S2得到当前安全负荷余量、吊车风电臂的位置和稳定性；同时将吊车操作状态信息和负荷信息提交给安全监控模块进行下一步处理；

进一步，基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息进行安全状态再评估与调整建议；安全监控模块基于最新的吊车操作状态和负荷信息，重新评估安全风险等级/>：

，

其中，是风险再评估函数，用于基于吊车操作状态和安全反馈来重新计算风险等级，根据专业经验获取；

根据安全风险等级确定是否需要发出安全警报，如果风险等级超过根据专家经验法设定的安全阈值，将生成警报；同时根据当前的风险等级和操作情况，制定具体的调整建议，如调整吊车的移动速度、改变负荷分布或暂停操作等；并将更新的安全警报和调整建议，重新传递给动态负荷平衡模块；

在安全监控模块使用决策树分析法对更新的安全警报进行分析，提取关键安全指标，决策树分析法为本领域技术人员熟知的技术手段，在此不做赘述，并应用约束优化技术进行建议调整并与操作命令进行比较生成最终调整后的操作策略，约束优化技术为现有技术，融合遗传算法和模拟退火算法得到综合调整函数，以平衡安全性和操作效率，生成最优化的操作参数，遗传算法和模拟退火算法均为现有技术，同时进行微调操作，确保综合调整函数的最优状态，动态调整吊车参数，使用多元线性回归技术进行分析，确保所有参数都在安全范围内，得到吊车操作的最终状态，确保吊车操作的准确性和安全性，将最终状态报告给安全监控模块，使用机器学习算法对最终状态/>进行最后的安全检查，确保所有操作已按照预定的安全标准完成，并基于最终状态信息对吊车风电壁负荷进行控制。多元线性回归技术和机器学习算法为本领域技术人员熟知的技术手段，在此不做限定。

本发明通过综合应用安全反馈分析和动态负荷平衡模块，能够有效地识别潜在风险并进行及时调整，以降低事故发生的可能性。通过对环境状态数据和吊车操作数据集的实时分析，可以对潜在的不平衡状态和危险情况进行快速响应，利用遗传算法和模拟退火算法结合决策树分析和多元线性回归技术，能够精确地控制吊车风电臂负荷，确保操作的稳定性和安全性，通过连续监测环境变化和吊车工作状态，能够动态调整操作策略，以适应不断变化的工作条件。这种动态适应能力提高了吊车操作的灵活性和效率。

综上所述，便完成了一种基于吊车风电臂的负荷控制系统及方法。

本发明实施例通过综合考虑环境影响评估函数和动态负载安全评估算法，能够更准确地识别和响应吊车操作中的潜在风险，使用环境影响评估函数允许操作者实时了解各种环境因素如风速、温度和湿度对吊车性能的影响，通过吊臂稳定性预测算法，可以实时评估吊车风电臂的稳定性，防止由于不当操作或极端环境条件导致的吊车风电臂失稳或倾斜。这不仅增强了操作的安全性，还提高了整体作业效率，采用力矩平衡原理和相关的计算模型，提供了一种准确预测吊车在不同负荷和位置下稳定性的方法；通过综合评估函数和动态安全优化算法，不仅确保了吊车操作的安全性，还寻找了提高效率的最佳操作路径和速度调整。这意味着在保持高安全标准的同时，也能最大化作业效率。

本发明实施例通过综合应用安全反馈分析和动态负荷平衡模块，能够有效地识别潜在风险并进行及时调整，以降低事故发生的可能性。通过对环境状态数据和吊车操作数据集的实时分析，可以对潜在的不平衡状态和危险情况进行快速响应，利用遗传算法和模拟退火算法结合决策树分析和多元线性回归技术，能够精确地控制吊车风电臂负荷，确保操作的稳定性和安全性，通过连续监测环境变化和吊车工作状态，该方案能够动态调整操作策略，以适应不断变化的工作条件，这种动态适应能力提高了吊车操作的灵活性和效率。

发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于吊车风电臂的负荷控制系统，其特征在于，包括以下部分：

环境监测模块，传感器模块，实时数据分析和调控模块，安全监控模块，动态负荷平衡模块；

所述环境监测模块，对现场环境数据进行收集，得到现场环境数据，所述现场环境数据包括温度、湿度、地形的信息；对现场环境数据进行处理分析，得到环境状态数据，将环境状态数据传递给实时数据分析和调控模块；

所述传感器模块，对吊车操作相关的数据进行实时采集，得到吊车操作的实时关键参数，并将实时关键参数传递给实时数据分析和调控模块；所述实时关键参数包括负荷重量、风速、风向；

所述实时数据分析和调控模块，接收传感器模块和环境监测模块的数据，并对接收到的数据进行分析，得到初步操作策略，生成操作命令，并根据操作命令调整吊车操作，将操作命令传递给动态负荷平衡模块和安全监控模块；

所述安全监控模块，接收实时数据分析和调控模块的操作命令和动态负荷平衡模块的反馈，监控调整操作过程的安全性，生成安全警报和调整建议，并反馈给动态负荷平衡模块；

所述动态负荷平衡模块，接收实时数据分析和调控模块的操作命令和安全监控模块的反馈，调整吊车的操作状态，维持负荷平衡和稳定，并将操作状态和负荷平衡信息，反馈给安全监控模块。

2.一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 对现场环境数据进行采集，得到现场环境数据，并对现场环境数据进行处理分析，得到环境状态数据，同时对吊车操作数据进行收集、处理及分析，得到吊车操作数据集；

S2. 对环境状态数据进行分析，并设计环境影响评估函数，对吊车操作数据集进行处理分析，并引入动态负载安全评估算法和吊臂稳定性预测算法，构建平衡点理论模型，定义力矩平衡公式，计算当前操作条件下的动态平衡点，综合环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，得到初步操作策略；

S3. 根据初步操作策略以及安全反馈初步调整吊车操作，基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息重新评估安全风险等级，并制定调整建议。

3.根据权利要求2所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，所述S1，具体包括：

对现场环境数据进行采集，得到现场环境数据；对现场环境数据进行清洗及处理，得到完整的环境数据；对完整的环境数据进行数据分析，得到环境状态数据；通过传感器实时对吊车操作数据进行收集，并对收集到的吊车操作数据进行初步处理，包括滤波、去噪和校准，再对初步处理后的吊车操作数据进行分析及整合，得到吊车操作数据集。

4.根据权利要求2所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，所述S2，具体包括：

在对吊车操作数据集进行处理分析得到工作状态的过程中，引入动态负载安全评估算法；所述动态负载安全评估算法，通过分析当前和历史负荷数据，判断当前负荷是否超出安全工作范围。

5.根据权利要求2所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，在所述S2中，还包括：

所述吊臂稳定性预测算法，通过分析吊车风电臂的当前状态和历史操作，评估是否存在倾斜或不稳定风险。

6.根据权利要求2所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，在所述S2中，还包括：

在计算动态平衡点的过程中，构建平衡点理论模型，所述平衡点理论模型用于描述和预测吊车在不同负荷和吊车风电臂位置下的力矩平衡状态。

7.根据权利要求6所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，在所述S2中，还包括：

在计算动态平衡点的过程中，应用平衡点理论模型，计算当前操作条件下的动态平衡点；分析计算出的平衡点位置，通过比较实际平衡点和理想平衡点的位置差，评估吊车操作的稳定性。

8.根据权利要求2所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，在所述S2中，还包括：

综合环境状态数据和吊车操作数据集的分析结果，制定操作策略；在制定操作策略过程中，设计综合评估函数，求取最优解；在求解过程中，利用动态安全优化算法进行最优解计算，得到最优的吊车操作参数，进一步，得到初步操作策略；所述动态安全优化算法结合了梯度的优化方法和自适应权重调整。

9.根据权利要求2所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，所述S3，具体包括：

解析初步操作策略生成的操作命令，初步调整吊车操作；基于初步调整后的吊车操作状态和负荷信息，重新评估安全风险等级，并根据安全风险等级确定是否需要发出安全警报；同时根据当前的风险等级和操作情况，制定调整建议。

10.根据权利要求9所述的一种基于吊车风电臂的负荷控制方法，其特征在于，在所述S3中，还包括：

应用约束优化技术进行建议调整，并与操作命令进行比较生成最终调整后的操作策略，融合遗传算法和模拟退火算法得到综合调整函数，生成最优化的操作参数，同时进行微调操作，动态调整吊车参数，得到吊车操作的最终状态，对吊车操作的最终状态进行安全检查，并基于吊车操作的最终状态对吊车风电壁负荷进行控制。