一種起重機防搖控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種控制方法，特別是設(shè)及一種起重機防搖控制方法，屬于起重機控 制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，起重機作為物料搬運的重要設(shè)備在現(xiàn) 代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，它的運行性能將直接影響到整個生產(chǎn)過程的效率與安全 性。
[0003] 然而，起重機由于吊重慣性與懸索構(gòu)成的擺系統(tǒng)，因此在其運行過程中，尤其是在 起動和制動階段，吊重會產(chǎn)生擺動，其擺動幅度與加減速度成一定的比例關(guān)系，因此效率要 求越高的應(yīng)用場合，吊重的擺動幅度也越大。
[0004] 目前，起重機的自動化程度普遍不高，雖然國內(nèi)外也有一些具有一定自動化程度 的起重機設(shè)備，但是由于起重機往往作業(yè)在諸如船廠、機械加工車間和建筑工地等非結(jié)構(gòu) 化的環(huán)境中，環(huán)境對現(xiàn)有大多數(shù)吊重消擺技術(shù)的實際應(yīng)用帶來困難，起重機作業(yè)更多的還 需要依靠司機經(jīng)驗，誤差難W控制。在起重機進行裝卸作業(yè)時，平均有超過30%的時間浪費 在起重機的對位上。此外，對海上作業(yè)的大型起重機設(shè)備來說，由于起重量大，運行速度快 W及受風(fēng)浪的作用，吊重擺動問題更加突出，一旦發(fā)生與結(jié)構(gòu)物的碰撞，將引發(fā)災(zāi)難性的后 果，所W對裝卸作業(yè)平穩(wěn)性及安全性提出了更高的要求。一般來說，海況等級達到3級時， 吊重擺動幅度所引起的危險性將直接導(dǎo)致海上作業(yè)的大型起重機不得不停止作業(yè)。據(jù)統(tǒng) 計，我國東海適合起重機安全作業(yè)的時間僅占總數(shù)的34%，而在國外，北海適合起重機安全 作業(yè)的時間也不到總時間的一半。
[0005] 因此近些年來，發(fā)展出起重機消擺實用開環(huán)控制技術(shù)，其主要有：輸入指令濾波、 輸入指令整形控制等。
[0006] 但是，現(xiàn)有許多快速有效的輸入整形控制器，是在系統(tǒng)執(zhí)行元件輸入規(guī)劃中引入 開關(guān)函數(shù)，其頻繁的開關(guān)操作將引起執(zhí)行元件發(fā)生抖動；運些抖動是執(zhí)行元件能量沖擊的 表現(xiàn)，對執(zhí)行元件的性能和使用壽命是不利的因素。如果電機工作在頻繁啟停模式，由于 浪涌電流的作用，所W其對電機的性能和使用壽命是顯著的缺點。當(dāng)?shù)谝淮螁訒r，浪涌電 流、輸入浪涌和開關(guān)浪涌，被定義為電氣設(shè)備的最大瞬態(tài)電流。交流電動機和變壓器在啟動 的幾個周期，瞬態(tài)電流是正常滿負荷電流的幾倍，由于高浪涌電流的存在，過流保護裝置的 選擇就變得非常復(fù)雜，既要保證對過載和短路的快速響應(yīng)，還必須保證設(shè)備能夠正常啟動。
[0007] 因此瞬時過流對所有電器設(shè)備都是有害的，尤其是電機。在一個電路中的突然變 化，大量的能量儲存在電感或電容中，運些能量W-種高幅值短上升時間波的形式在電路 中傳播。眾所周知，峰值電流或電壓的上升將破壞電機轉(zhuǎn)子的絕緣性能，通常對一些回轉(zhuǎn) 電機要求補充浪涌保護防止瞬間過流對電機轉(zhuǎn)子的破壞，其中一種方法就是加入電容濾波 器，電容可W增加上升時間防止浪涌快速增長。然而電容濾波器并不能限制浪涌的幅值，需 要放電管來限制過壓的幅值。由于引入了額外的浪涌保護裝置，電機的特性和電機操作的 浪涌環(huán)境需要進一步分析，還要考慮引入額外保護裝置的經(jīng)濟影響。
[0008] 為了實現(xiàn)平滑過渡，現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計了一些平滑命令規(guī)劃，如S曲線、=角函數(shù)、 高斯曲線和凸輪多項式曲線等，運些規(guī)劃可W提供低通濾波效果，進而可W降低殘余擺動， 但是運些規(guī)劃曲線將增加響應(yīng)的上升時間，降低運行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種起重機防搖控制方法， 對起重機采用余弦函數(shù)進行吊臂加速，抑制了執(zhí)行元件頻繁啟停過程中能量沖擊，根據(jù)起 重機操作者操作的吊臂運行加速度幅值和輸入整形控制器頻率得出加速度，將加速度作為 輸入信號輸入整形控制器，對起重機運行進行控制，在吊臂加速完成時實現(xiàn)吊重殘余擺動 為0,實現(xiàn)消擺，提高了起重機控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運效率，同時減少了執(zhí)行元件的能量沖擊。
[0010] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0011] 一種起重機防搖控制方法，根據(jù)起重機操作者操作的吊臂運行加速度幅值和輸入 整形控制器頻率，計算出起重機的加速度；將加速度作為輸入信號輸入整形控制器，得到控 制信號；控制信號經(jīng)過驅(qū)動放大單元進而控制執(zhí)行元件，實現(xiàn)起重機吊臂加速后的吊重殘 余擺角Acs為0。
[0012] 其中，所述起重機的吊重擺動數(shù)學(xué)模型為B;所述加速度為.V(0，作為輸入信號 的加速度公式為
其中A是吊臂運行加速度幅值，是輸入整形控制 器頻率，t為加速時間；
[001引根據(jù)公=部),'7,計算出吊重擺角0 (t)，通過對吊重擺角0 (t)進行求導(dǎo)計算出 吊重擺角速度卸0，其中1為鋼絲繩的長度；
[0014] 根據(jù)吊重擺角0 (t)、吊重擺角速度接併、:W及當(dāng)起重機操作者操作吊臂經(jīng)加速 時間t進行加速后的吊重殘余擺動幅值計算公式
計算出輸入整形控 制器頻率《。，其中《。為吊重擺動自然頻率；所述吊重擺動自然頻率邱=_^，可得出 /=:早； 巧!-
[0015] 根據(jù)和吊臂經(jīng)加速時間t加速完成后吊臂速度V，計算出吊臂運行加速度幅值 A，從而計算出起重機的加速度V(〇。
[001引進一步的：所述起重機的吊重擺動數(shù)學(xué)模型6為如)十2^;-巧,6?(0 +巧鄭0，其中;為阻尼比；根據(jù)與沒巧辨食灼+讀詩沿穿辯"，計算出吊重擺角0 (t)。
[0017]進一步的：當(dāng)阻尼比時，睪
后，吊 重擺動數(shù)學(xué)模型簡化后得計算公式3
[001引所述加速度部）=|^(l+cos(識巧）中的加速時間t選擇一個輸入整形周 期，即t=0~231/0。，對辦）在加速時間t內(nèi)進行積分得出加速完成后吊臂速度
從而可W根據(jù)起重機操作者的吊臂速度求出吊臂運行加速度幅值A(chǔ) =V0c/ 31 ;
[0019] 將輸入信號加速度.?。?+cos(巧0)代入吊重擺動數(shù)學(xué)模型簡化后的計算公 式得
，通過對計算公式運一微分方程求解得出吊重擺角 新'〇二:r-^--，TK巧/ -巧:）+ (巧'-2巧,:)cos(巧,0十巧/cos(巧，對吊重擺角0(t)進行 2各(巧，-巧.） 求導(dǎo)得出吊重擺角速度研/)二''";-帖-.2fy,/)sin(w,,〇 +w"wsin(w〇]; 巧-化
[0020] 吊臂經(jīng)一個輸入整形周期加速完成后，即當(dāng)t= 231/0。=I時，吊重殘余擺動 幅值為
[0021] 引入一個頻率系數(shù)C，用于表示輸入整形控制器頻率與吊重擺動自然頻率的比值， 良PC= ?c/?n;
[0022] 再將計算得的0(X)和麵巧代入Acs,則有
[002引當(dāng)￡. =^.或C=l/(n+l)n>0時，吊重殘余擺動幅值為0,從而計算得出《c;[0024] 由計算得的代入A=VOc/jT計算得A，從而根據(jù)雌):=^(1+誠球巧拂計算出 起重機的輸入信號加速度。
[00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：
[0026] 在起重機控制系統(tǒng)中，對起重機采用余弦函數(shù)進行吊重加速，抑制了執(zhí)行元件頻 繁啟停過程中能量沖擊，采用輸入整形原理對起重機的輸入信號進行控制，在吊臂加速完 成時實現(xiàn)吊重殘余擺動為0,實現(xiàn)消擺的同時大幅提高起重機控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運效率。
[0027]上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下 面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
【附圖