一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，該方法包括：將基于橋式起重機(jī)特性參數(shù)建立的防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。本發(fā)明專利技術(shù)使橋式起重機(jī)在行走過(guò)程中可以維持負(fù)載較小的擺動(dòng)幅度，有效解決了橋式起重機(jī)行走過(guò)程中負(fù)載擺動(dòng)幅度過(guò)大、影響生產(chǎn)運(yùn)行的問(wèn)題，該方法可以實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)在電解車間的安全高效運(yùn)行，降低了維護(hù)成本，提高了生產(chǎn)效率。

Automatic anti swing control method for bridge crane during walking

The present invention provides a method for automatic anti swing control of bridge crane in the running process, the method includes: the anti swing control of crane controller control signal input model parameters based on the characteristics of the bridge crane, the crane load swing during walking automatic swing. The invention of the bridge crane can maintain the swing range of smaller loads during walking, can effectively solve the load swing range is too large, affecting the production operation of the bridge crane in the running process, this method can realize the safe and efficient operation of the bridge crane in electrolytic workshop, reduce maintenance cost, improve production efficiency.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法
本專利技術(shù)涉及起重機(jī)行走安全控制
，更具體地，涉及一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法。
技術(shù)介紹
橋式起重機(jī)是一種典型的非線性、強(qiáng)耦合及欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要包括橋架、起升裝置、大車行車機(jī)構(gòu)、小車架、小車行車機(jī)構(gòu)、駕駛室及電氣部分，橋架一般由一根或兩根主梁以及兩端的端梁組成，且鋪設(shè)在固定的軌道上。橋式起重機(jī)具有負(fù)載能力強(qiáng)、操作靈活、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于多種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所，比如工廠、車間、碼頭等，用來(lái)完成貨物的運(yùn)送與集成加工等任務(wù)，可以減輕人工體力勞動(dòng)，起著節(jié)省人力、提高生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)的作用。橋式起重機(jī)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)貨物的快速、準(zhǔn)確、無(wú)大幅擺動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)送。然而，使用橋式起重機(jī)進(jìn)行極板的運(yùn)輸工作時(shí)，臺(tái)車的運(yùn)動(dòng)無(wú)疑會(huì)引起負(fù)載的擺動(dòng)，這不僅會(huì)降低整體的效率，影響負(fù)載在落吊過(guò)程中的精確放置，還可能會(huì)使設(shè)備遭到破壞，極板之間相互碰撞發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)而可能引發(fā)安全事故。因此為了保證貨物的平穩(wěn)運(yùn)輸，橋式起重機(jī)對(duì)于抑制搖擺有很高的要求。在橋式起重機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，主要期望目標(biāo)有：其一是起重機(jī)的高效率運(yùn)行和快速精準(zhǔn)的定位：其二是在起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載的擺動(dòng)盡可能的減小。一般在控制過(guò)程中，二者要求是相互制約的。在生產(chǎn)過(guò)程中，負(fù)載的擺動(dòng)可能會(huì)造成安全隱患，所以為了抑制起重機(jī)負(fù)載的擺動(dòng)，常常把起重機(jī)的速度限制在一定范圍內(nèi)，在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，目前起重機(jī)在運(yùn)行速度和負(fù)載擺動(dòng)方面難以達(dá)到一個(gè)平衡。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，該方法解決了現(xiàn)有橋式起重機(jī)在運(yùn)輸過(guò)程中難以有效抑制負(fù)載擺動(dòng)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電解車間中的橋式起重機(jī)自動(dòng)防擺控制。根據(jù)本專利技術(shù)的技術(shù)方案，提供一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，該方法包括：將基于橋式起重機(jī)特性參數(shù)建立的防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，上述方法進(jìn)一步包括：S1：基于橋式起重機(jī)的特性參數(shù)，建立起重機(jī)數(shù)學(xué)模型；S2：根據(jù)起重機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用反推法建立防擺控制模型；S3：將防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述步驟S1中，分析橋式起重機(jī)的模型特性獲得相關(guān)參數(shù)，再通過(guò)拉格朗日方程獲得起重機(jī)的數(shù)學(xué)模型，其利用的拉格朗日方程普遍形式為：其中，k＝1，2，…n，L為拉格朗日算子，T是質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能，V是系統(tǒng)的勢(shì)能，qk是質(zhì)點(diǎn)系的一組廣義坐標(biāo)，Qk是質(zhì)點(diǎn)系的廣義慣性力。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，基于橋式起重機(jī)抽象出來(lái)的系統(tǒng)模型是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，即控制輸入數(shù)少于其自由度，模型較為復(fù)雜且為非線性，通過(guò)拉格朗日方程對(duì)起重機(jī)進(jìn)行分析，其具體過(guò)程如下：S11：依據(jù)起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，建立橋式起重機(jī)的平面直角坐標(biāo)系；S12：依據(jù)建立的平面直角坐標(biāo)系，分別得到起重機(jī)小車和負(fù)載的水平方向位移、豎直方向位移、水平速度和豎直速度；小車在水平方向的位移為xM＝x，那么水平速度為在垂直方向上的位移為yM＝0，垂直速度也為負(fù)載在水平方向上的位移為xm＝x+lsinθ，水平速度為負(fù)載在垂直方向上的位移為ym＝lcosθ，垂直速度為S13：基于水平速度和垂直速度，獲得系統(tǒng)的動(dòng)能方程和重力勢(shì)能方程；系統(tǒng)的動(dòng)能方程為系統(tǒng)的勢(shì)能方程為V＝Ep；S14：依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)能方程和重力勢(shì)能方程，獲得拉格朗日算子方程L＝T-V；S15：分別以橋式起重機(jī)的小車位移、負(fù)載角度、負(fù)載繩長(zhǎng)為廣義坐標(biāo)，并結(jié)合拉格朗日算子得到拉格朗日方程，從而得到起重機(jī)系統(tǒng)的防擺數(shù)學(xué)模型。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述步驟S2中，基于S1中所建立的起重機(jī)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用反推法對(duì)橋式起重機(jī)進(jìn)行防擺控制器設(shè)計(jì)，建立的防擺控制模型如下：其中，gi(z)、g4(z)是關(guān)于z＝[z1z2z3z4]的非線性函數(shù)，u是控制輸入。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，本專利技術(shù)提供的橋式起重機(jī)自動(dòng)消擺控制方法的基本思路是將復(fù)雜的系統(tǒng)分解成低階的子系統(tǒng)，為每一個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)李雅普諾夫函數(shù)和中間虛擬控制量，從而完成系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，它的具體步驟如下：S21：根據(jù)反推法的基本思想，在進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)時(shí)，起重機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足嚴(yán)格反饋條件，因此，先將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為滿足嚴(yán)格反饋結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，嚴(yán)格反饋結(jié)構(gòu)為：S22：將系統(tǒng)分解成低階子系統(tǒng)，對(duì)子系統(tǒng)定義跟蹤誤差獲得它的動(dòng)態(tài)方程，依據(jù)動(dòng)態(tài)方程設(shè)計(jì)得到虛擬控制器；S23：基于李雅普諾夫穩(wěn)定性定理，對(duì)子系統(tǒng)的虛擬控制器的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證；S24：依據(jù)驗(yàn)證后的子系統(tǒng)虛擬控制器，得到總系統(tǒng)的控制輸入。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述步驟S3中，借助傳感器反饋起重機(jī)的實(shí)時(shí)信息，通過(guò)信號(hào)濾波后經(jīng)橋式起重機(jī)控制器處理得到防擺控制輸入。基于上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)提出的橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，針對(duì)起重機(jī)運(yùn)輸負(fù)載過(guò)程，建立起重機(jī)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，采用非線性的反推控制法，獲取起重機(jī)行走時(shí)的負(fù)載擺動(dòng)角度和行走距離，通過(guò)對(duì)起重機(jī)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬實(shí)際運(yùn)行的情況，經(jīng)過(guò)分析處理，最終實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)的自動(dòng)防擺功能，運(yùn)用此方法可以有效地解決橋式起重機(jī)在行走過(guò)程中負(fù)載出現(xiàn)過(guò)度擺動(dòng)的問(wèn)題，克服了現(xiàn)有起重機(jī)運(yùn)行速度和負(fù)載擺動(dòng)的控制難以達(dá)到平衡的情況，可以實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)在電解車間的安全高效運(yùn)行，降低維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例中的橋式起重機(jī)的自動(dòng)防擺控制方法流程圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例中的橋式起重機(jī)控制原理框圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例中的橋式起重機(jī)行走運(yùn)送極板的二維平面圖；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例中防擺控制器控制輸出曲線示意圖；圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例中在防擺控制器作用下位移變化曲線示意圖；圖6是本專利技術(shù)實(shí)施例中在防擺控制器作用下角度變化曲線示意圖。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例及其之間任意組合，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。在根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，參考圖1，提供一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，該方法包括：將基于橋式起重機(jī)特性參數(shù)建立的防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。在根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，上述方法進(jìn)一步包括：S1：基于橋式起重機(jī)的特性參數(shù)，建立起重機(jī)數(shù)學(xué)模型；S2：根據(jù)起重機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用反推法建立防擺控制模型；S3：將防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。在根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S1中，起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，隨著速度的變化，因?yàn)閼T性的作用，負(fù)載極板會(huì)產(chǎn)生一定的搖擺，將搖擺角度定義為θ，同時(shí)在起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)兩側(cè)的激光測(cè)距儀以及起重機(jī)上的擋板可以實(shí)時(shí)獲得當(dāng)前的位移x。通過(guò)對(duì)實(shí)例中的橋式起重機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，獲得起重機(jī)重量、起重機(jī)負(fù)載繩長(zhǎng)以及負(fù)載重量范圍等起重機(jī)相關(guān)信息。通本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，包括：將基于橋式起重機(jī)特性參數(shù)建立的防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種橋式起重機(jī)行走過(guò)程中的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，包括：將基于橋式起重機(jī)特性參數(shù)建立的防擺控制模型的控制信號(hào)輸入起重機(jī)控制器，對(duì)橋式起重機(jī)行走過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載擺動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)防擺。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，進(jìn)一步包括：S1：基于橋式起重機(jī)的特性參數(shù)，建立起重機(jī)數(shù)學(xué)模型；S2：根據(jù)起重機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用反推法建立防擺控制模型。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，分析橋式起重機(jī)的模型特性獲得相關(guān)參數(shù)，再通過(guò)拉格朗日方程獲得起重機(jī)的數(shù)學(xué)模型。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，包括：S11：依據(jù)起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，建立橋式起重機(jī)的平面直角坐標(biāo)系；S12：依據(jù)建立的平面直角坐標(biāo)系，分別得到起重機(jī)小車和負(fù)載的水平方向位移、豎直方向位移、水平速度和豎直速度；S13：基于水平速度和垂直速度，獲得系統(tǒng)的動(dòng)能方程和重力勢(shì)能方程；S14：依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)能方程和重力勢(shì)能方程，獲得拉格朗日算子方程；S15：分別以橋式起重機(jī)的小車位移、負(fù)載角度、負(fù)載繩長(zhǎng)為廣義坐標(biāo)，結(jié)合拉格朗日算子得到拉格朗日方程，得到起重機(jī)系統(tǒng)的防擺數(shù)學(xué)模型。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，所述步驟S2中，防擺控制模型為：其中，gi(z),g4(z)是關(guān)于z＝[z1z2z3z4]的非線性函數(shù)，u是控制輸入。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)防擺控制方法，其特征在于，所述步驟S2中，包括：S2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李勇剛，周舒清，陽(yáng)春華，朱紅求，張瑋，胡嘯旭，馬蕾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南,43