專利名稱：動態(tài)系統(tǒng)的非線性主動控制的制作方法
相關(guān)申請參照本申請要求1999年11月5日提交的序號為60/163,573的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該臨時申請的全部內(nèi)容作為參考包含于本申請中。
在跨海運(yùn)輸?shù)那闆r下，集裝箱運(yùn)貨船是運(yùn)輸貨物的最經(jīng)濟(jì)劃算的方式之一。這是因為集裝箱運(yùn)貨船可以裝載大量貨物并能夠在全世界范圍運(yùn)輸這些貨物。海運(yùn)也非常經(jīng)濟(jì)，因為航道建造的很好，而且許多地方都有港口和其他碼頭設(shè)施以便加載和卸載船運(yùn)貨物。船只還可以用于為那些在長期航行中不能進(jìn)入港口的其他船只(例如海軍艦艇和潛艇)補(bǔ)充給養(yǎng)。
但是，大家知道，許多地方并沒有合適的用以在本地港口加載和卸載貨物的設(shè)施。其部分原因在于許多港口，尤其是第三世界國家的港口，沒有能力接納大型集裝箱運(yùn)貨船。也就是說，許多港口或者是太小不能接納大型集裝箱運(yùn)貨船，或者是位于不適大型集裝箱運(yùn)貨船航行的支流，在這些情況以及其他類似情況下，將起重船和小型駁船聚集到港口外的大型集裝箱運(yùn)貨船。起重船用于將貨物從大型集裝箱運(yùn)貨船轉(zhuǎn)移到小型駁船。隨后小型駁船航行到預(yù)定港口來卸載貨物。當(dāng)然，當(dāng)加載大型集裝箱運(yùn)貨船時，需要進(jìn)行類似的反向操作(例如，在港口將貨物加載到小型駁船上，駁船航行到位于港口外的大型集裝箱運(yùn)貨船，并通過起重船將將貨物從小型駁船轉(zhuǎn)移到大型集裝箱運(yùn)貨船)。


圖1表示現(xiàn)有貨物轉(zhuǎn)移的一個概圖。該圖中，起重船10正將集裝箱從集裝箱運(yùn)貨船12轉(zhuǎn)移到登陸艇14。起重船的作用包括移動吊臂和纜繩以便將貨物，一般是重量超過30或40噸的集裝箱，從一個船加載或卸載到另一個船。吊臂可以升高和降低(吊臂升降)或者左右轉(zhuǎn)動(吊臂回轉(zhuǎn))。在加載和卸載操作期間，由于大海狀況，起重船的運(yùn)動并不少見。這些運(yùn)動包括直移運(yùn)動(波動、起伏或偏斜)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(偏航、傾斜和搖擺)，大海狀況越差，起重船的直移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動越嚴(yán)重。
起重船的直移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)致吊臂頭的運(yùn)動。吊臂頭的運(yùn)動則使得起重纜繩(從吊臂頭垂下用以吊住集裝箱(貨物))運(yùn)動而導(dǎo)致集裝箱搖擺或擺動。正如容易理解的那樣，吊臂頭的運(yùn)動越大或越嚴(yán)重，將導(dǎo)致纜繩并從而導(dǎo)致集裝箱更加嚴(yán)重的擺動。當(dāng)然，這將形成操作人員不可控制的不安全的環(huán)境。因此，在中高浪海況下，船只加載和卸載操作必須暫停以確保船員和貨物的安全。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于減少起重機(jī)的貨物擺動的控制系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于減少船載起重機(jī)、旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、車載起重機(jī)以及其他可能受到有害擺動的起重機(jī)中的的貨物擺動的控制系統(tǒng)和方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種降低貨物擺動的方法包括計算起重機(jī)吊臂頭的操作人員輸入位置，以及確定懸垂在起重機(jī)的起重纜繩上的貨物相對于起重機(jī)吊臂頭的相對運(yùn)動。接著基于貨物相對運(yùn)動計算出入面和出面延時及增量并且隨后根據(jù)入面和出面延時及增量計算出慣性系中操作人員輸入的修正值。隨后基于修正值和操作人員需要的吊臂頭位置以及工作臺的運(yùn)動計算吊臂的基準(zhǔn)角度(升降和回轉(zhuǎn)角度)，以便補(bǔ)償和降低貨物擺動。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種降低貨物擺動的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括用以計算起重機(jī)吊臂頭的操作人員輸入位置的裝置，以及用于確定懸垂在起重機(jī)的起重纜繩上的貨物相對于起重機(jī)吊臂頭的相對運(yùn)動的裝置。該控制系統(tǒng)還包括用于基于貨物的相對運(yùn)動提供入面和出面延時及增量的裝置。還提供有用于根據(jù)入面和出面延時及增量計算慣性系中操作人員輸入的修正值的裝置以及用于基于修正值和操作人員需要的吊臂頭位置以及工作臺的運(yùn)動計算吊臂的基準(zhǔn)角度(升降和回轉(zhuǎn)角度)以補(bǔ)償和降低貨物擺動的裝置。
在本發(fā)明的又一個方面，用于降低由安裝在移動工作臺上的起重機(jī)起重的貨物的擺動的裝置包括用以移動起重機(jī)的吊臂升降角度和回轉(zhuǎn)角度馬達(dá)，以及用來測量工作臺運(yùn)動的擺動傳感器。編碼器或擺動傳感器讀取貨物起重纜繩的入面和出面角度、起重機(jī)的吊臂升降角度和回轉(zhuǎn)角度，以及一個控制器確定起重纜繩懸掛點(diǎn)(吊臂頭)的基準(zhǔn)位置以根據(jù)傳感器和編碼器的輸入降低貨物擺動。
附圖簡述參考附圖，通過以下的本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明將更好地理解上述及其他目的、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是現(xiàn)有貨物轉(zhuǎn)移的概圖；圖2是可以用于本發(fā)明的起重船的照片；圖3是本發(fā)明的邏輯控制系統(tǒng)的框圖；圖4是貨物和起重纜繩模型的示意圖；圖5是本發(fā)明的延時控制系統(tǒng)的穩(wěn)定圖；圖6是作為本發(fā)明的控制系統(tǒng)參數(shù)的一個函數(shù)的阻尼的等高線圖；圖7是船載吊臂起重機(jī)的示意圖；圖8是表示升降和回轉(zhuǎn)角度以及入面和出面擺動角度的示意圖；圖9是船只和起重機(jī)的計算機(jī)模型；圖10a表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度的計算機(jī)模擬；圖10b表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的出面角度的計算機(jī)模擬；圖11a表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度的計算機(jī)模擬；圖11b表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的出面角度的計算機(jī)模擬；圖12表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度的計算機(jī)模擬；圖13表示用在圖1所示的船上的起重機(jī)的成比例的模型和肘節(jié)機(jī)構(gòu)(Carpal wrist mechanism)；圖14a表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度的實驗結(jié)果；圖14b表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的出面角度的實驗結(jié)果；圖15a表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度的實驗結(jié)果；圖15b表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的出面角度的實驗結(jié)果；以及圖16表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度的實驗結(jié)果。
優(yōu)選實施例詳述本發(fā)明涉及一種用于動態(tài)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種用于降低船載起重機(jī)的貨物擺動的控制系統(tǒng)和方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法并不限于船載起重機(jī)的貨物擺動，而是可以同樣地用于發(fā)生貨物擺動的其他類型的起重機(jī)系統(tǒng)。這些其他類型的起重機(jī)系統(tǒng)包括，但不限于，旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、車載起重機(jī)以及其他多種起重機(jī)。僅僅出于示例的目的，將參考船載起重機(jī)來說明本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法。
總的來說，本發(fā)明的控制系統(tǒng)從多個傳感器獲取吊臂和貨物的運(yùn)動及位置信息，作為貨物運(yùn)動的一種測量，第一組傳感器提供起重纜繩的方位，第二組傳感器提供起重機(jī)的吊臂升降和回轉(zhuǎn)的角度。第三組傳感器提供船只的運(yùn)動。如此獲取的位置和運(yùn)動信息隨后提供給本發(fā)明的控制系統(tǒng)，同時操作人員輸入吊臂的回轉(zhuǎn)和升降速度。接著控制系統(tǒng)利用該信息提供貨物運(yùn)動的阻尼，該阻尼有效地降低了因船只運(yùn)動和操作人員的操作引起的貨物擺動。這樣，通過使用本發(fā)明的控制系統(tǒng)使得擺動幅度顯著降低，從而證明由本系統(tǒng)控制的新型起重機(jī)將可以在遠(yuǎn)高于現(xiàn)有起重機(jī)能夠操作的海況中進(jìn)行操作。
具體參照圖2，示出如圖1中以標(biāo)號10總體表示的起重船。圖1所示的起重船10優(yōu)選地緊靠集裝箱運(yùn)貨船或其他船只(未示)?？看a頭或泊位，用以加載或卸載集裝箱或其他貨物。圖1所示的起重船10改裝為包括至少一個具有吊臂22和吊臂頭22a的起重機(jī)21。通過(i)升高或下降(如箭頭“A”所示)和/或(ii)左右轉(zhuǎn)動(如箭頭“B”所示)，吊臂22可以從一艘船只向另一艘船只轉(zhuǎn)移貨物。如箭頭“A”和“B”所示的吊臂22的運(yùn)動使得吊臂22能夠觸及相鄰船只上的任何集裝箱以加載和卸載這些集裝箱。
參照圖2，吊臂22的機(jī)座處設(shè)置有一個編碼器24。編碼器24用于測量吊臂22的回轉(zhuǎn)角度。吊臂22的機(jī)座處設(shè)置有一個第二編碼器26，用于測量吊臂22的吊臂升降角度。在吊臂頭22a上設(shè)置有一組編碼器或擺動傳感器28。該組傳感器28測量兩個平面內(nèi)的纜繩角度，即入面角度(直線“x”表示)和出面角度(直線“z”表示)。出面坐標(biāo)系優(yōu)選地正交于入面坐標(biāo)系設(shè)置，其中后者由起重塔和吊臂構(gòu)成。
圖3示出本發(fā)明的控制系統(tǒng)。圖3還表示了本發(fā)明的控制系統(tǒng)的高級框圖。本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括操作人員輸入、船只和吊臂運(yùn)動傳感器輸入以及起重纜繩角度傳感器輸入。一般來說，該控制系統(tǒng)利用這些輸入計算吊臂的運(yùn)動從而將阻尼引入系統(tǒng)內(nèi)并降低貨物擺動。
更具體地，在步驟300a和300b，操作人員分別輸入吊臂的回轉(zhuǎn)速度和升降速度。在步驟302a和302b，本發(fā)明的控制系統(tǒng)分別對回轉(zhuǎn)速度和升降速度求積分從而得到回轉(zhuǎn)和升降角度的時間關(guān)系曲線。在步驟304，分別在步驟302a和302b積分所得的回轉(zhuǎn)角度和升降角度的時間關(guān)系曲線被轉(zhuǎn)換為笛卡兒坐標(biāo)(x，y)。這提供了吊臂頭在固定坐標(biāo)系(相對于地面)內(nèi)的運(yùn)動曲線(軌跡)。這些笛卡兒坐標(biāo)(x，y)代表了操作人員所需要的吊臂頭的位置。
在步驟306a，入面角度傳感器檢測起重纜繩的入面角度。在步驟306b，出面角度傳感器檢測起重纜繩的出面角度。入面角度和出面角度隨后分別在步驟308a和308b轉(zhuǎn)換為笛卡兒坐標(biāo)(x’，y’)，以確定起重纜繩上的載荷相對于吊臂頭的相對運(yùn)動。這里指出，步驟308a和308b二者都進(jìn)行將入面角度和出面角度轉(zhuǎn)換為笛卡兒坐標(biāo)(x’，y’)的轉(zhuǎn)換。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白的那樣，將入面角度和出面角度轉(zhuǎn)換為笛卡兒坐標(biāo)(x’，y’)代表了起重纜繩上的載荷相對于吊臂頭的相對運(yùn)動。入面和出面角度的轉(zhuǎn)換由入面計算器和出面計算器完成。
計算完起重纜繩上的載荷的運(yùn)動后，分別在步驟310a和310b由本發(fā)明的控制系統(tǒng)選定入面增量和出面增量。選定增量后，在步驟312a對入面運(yùn)動施加入面延時，在步驟312b對出面運(yùn)動施加出面延時。入面和出面增量是小數(shù)并可各不相同，并且取決于入面運(yùn)動和出面運(yùn)動的延時。入面和出面運(yùn)動的增量均由增量計算器確定并且取決于入面運(yùn)動和出面運(yùn)動的延時。下文論述入面和出面的延時以及增量的具體計算方法。
在步驟322，回轉(zhuǎn)傳感器檢測吊臂起重機(jī)的回轉(zhuǎn)角度。隨后所檢測到的回轉(zhuǎn)角度以及入面和出面的延時運(yùn)動的小數(shù)用以計算由操作人員在慣性系(例如靜止的船只)內(nèi)所控制的的運(yùn)動的修正值以便降低或消除貨物擺動(步驟314)。步驟304和314的值在步驟316被相加在一起以提供起重纜繩懸掛點(diǎn)(吊臂頭)的基準(zhǔn)軌跡。在步驟320，步驟316的相加值以及在步驟318所檢測的船只運(yùn)動(搖擺、傾斜、起伏、偏斜和波動)用來確定基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度。這種計算可由基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)計算器完成?；鶞?zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度代表為了降低或消除貨物擺動的吊臂的理想位置。需要指出的是為了確定基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度需要知道工作臺的運(yùn)動，因為基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度將依賴于船只(并從而起重機(jī))的當(dāng)前位置。對于旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)，步驟320用以確定基準(zhǔn)吊臂回轉(zhuǎn)角度和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)臂位置。對于龍門起重機(jī)，步驟320確定起重機(jī)吊運(yùn)車的基準(zhǔn)x和y位置。
步驟320的基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度以及所檢測到的吊臂回轉(zhuǎn)角度(步驟322)隨后在步驟324被輸入到吊臂回轉(zhuǎn)跟蹤控制系統(tǒng)。類似地，步驟320的基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度以及所檢測到的吊臂升降角度(步驟326)隨后在步驟328被輸入到吊臂升降跟蹤控制系統(tǒng)。吊臂回轉(zhuǎn)跟蹤控制系統(tǒng)和吊臂升降跟蹤控制系統(tǒng)都向吊臂回轉(zhuǎn)馬達(dá)(步驟330)和吊臂升降馬達(dá)(步驟332)提供控制以便跟蹤或追隨吊臂頭的理想位置以降低貨物擺動。一般來說，絕大多數(shù)起重機(jī)都配置有吊臂回轉(zhuǎn)馬達(dá)和吊臂升降馬達(dá)。實驗基礎(chǔ)為了驗證本發(fā)明的控制系統(tǒng)能夠降低貨物擺動，已進(jìn)行了大量實驗。在第一個實驗中，用計算機(jī)仿真了由受控的起重機(jī)進(jìn)行的貨物轉(zhuǎn)移操作。在另一個實驗中，控制系統(tǒng)模型加到如圖2所示的起重機(jī)的比例為1/24的模型中。在該實驗中，起重機(jī)模型安裝在一個可以進(jìn)行起伏、傾斜、及搖擺等規(guī)定運(yùn)動的工作臺上。
用在該實驗中的控制系統(tǒng)包括提供起重纜繩的方位的一組傳感器，提供起重機(jī)的吊臂升降和回轉(zhuǎn)角度的第二組傳感器以及提供工作臺運(yùn)動的第三組傳感器。這些傳感器與結(jié)合圖2所述的傳感器一樣。通過實驗，形成了一個“控制規(guī)范”，該規(guī)范利用相對于吊臂頭的水平位置的有效載荷的延時反饋來控制吊臂升降和回轉(zhuǎn)角度中的變化。這一控制規(guī)范包含于本發(fā)明的控制系統(tǒng)以在其他特征中提供用于降低貨物擺動的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)和升降角度。
仿真和實驗中，安裝有起重機(jī)的工作臺被編程以進(jìn)行最惡劣情況下的運(yùn)動，也就是說，工作臺編程執(zhí)行按照擺動貨物的自然頻率的周期性搖擺和傾斜運(yùn)動，并且同時，進(jìn)行按二倍于擺動貨物的自然頻率的周期性起伏運(yùn)動。搖擺和傾斜產(chǎn)生諧振外部擾動，而起伏產(chǎn)生諧振主參數(shù)擾動。這樣，在實驗和計算機(jī)仿真中的被轉(zhuǎn)移貨物都受到三個同時的諧振擾動，這些擾動中單獨(dú)發(fā)生任何一個都會產(chǎn)生危險的大幅振動。但是，需要指出，這三個擾動一起發(fā)生比這些擾動中單獨(dú)發(fā)生任何一個將具有顯著的危險性。
發(fā)現(xiàn)模型系統(tǒng)在計算機(jī)仿真和實驗中都運(yùn)行良好。在二者中，本發(fā)明的控制系統(tǒng)使得擺動幅度顯著降低，從而清楚地證明由本系統(tǒng)控制的新型起重機(jī)將可以在遠(yuǎn)高于現(xiàn)有起重機(jī)能夠操作的海況中進(jìn)行操作。數(shù)學(xué)模型圖4示出用于開發(fā)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的模型。圖4中，示意性地表示出具有不可延伸的無質(zhì)量纜繩和大點(diǎn)載荷的球擺。點(diǎn)P和Q分別代表吊臂頭和載荷，而Lc代表纜繩長度。
為了描述纜繩相對于慣性系(x，y，z)的方位，采用了由θx和θy表示的兩個角度。纜繩設(shè)置平行于z軸，然后繞過點(diǎn)P的平行于y軸的軸線轉(zhuǎn)過θx的角度。這一步驟構(gòu)成了(x’，y’，z’)坐標(biāo)系。最后纜繩繞新構(gòu)建的x’軸轉(zhuǎn)過θy的角度。慣性系中的點(diǎn)P的位置由(xp(t)，yp(t)，zp(t))確定。從而Q的慣性位置rQ確定為rQ＝[xp(t)+sin(θx(t))cos(θy(t))Lc]i+[yp(t)-sin(θy(t))Lc]j+[zp(t)+cos(θx(t))cos(θx(t))Lc]k(1)考慮摩擦和空氣阻力后球擺的運(yùn)動方程為[θ··x(t)+2μθ·x(t)]cos(θy(t))-2θ·x(t)θ·y(t)sin(θy(t))+gLcsin(θx(t))]]>+[x··p(t)+2μx·p(t)]cos(θx(t))Lc-[z··p(t)+2μz·p(t)]sin(θx(t))Lc=0----(2)]]>θ··y(t)+2μθ·y(t)+θ·x2(t)sin(θy(t))cos(θy(t))+gLccos(θx(t))sin(θy(t))]]>-[x··p(t)+2μx·p(t)]sin(θx(t))sin(θy(t))Lc-[y··p(t)+2μy·p(t)]cos(θy(t))Lc---(3)]]>-[z··p(t)+2μz·p(t)]cos(θx(t))sin(θy(t))Lc=0]]>
其中μ是連接摩擦的組合系數(shù)。延時控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)由起重機(jī)起重的有效載荷的擺動(由θx和θy表示)可以通過強(qiáng)迫有效載荷起重纜繩的懸掛點(diǎn)沿著慣性基準(zhǔn)坐標(biāo)(xref(t)，yref(t))運(yùn)動而顯著地得到抑制。這些基準(zhǔn)坐標(biāo)由有效載荷在慣性水平面內(nèi)相對于懸掛點(diǎn)的延時運(yùn)動疊加于固定的或緩慢變化的慣性輸入坐標(biāo)(xi(t)，yi(t))的一部分組成。坐標(biāo)xi(t)，yi(t)由起重機(jī)操作人員確定，并且利用跟蹤控制系統(tǒng)來保證懸掛點(diǎn)理想坐標(biāo)(xref(t)，yref(t))的正確跟蹤。
為了將所開發(fā)的控制系統(tǒng)應(yīng)用于船載起重機(jī)(或其他類型的起重機(jī))，吊臂頭利用起重機(jī)吊臂升降和回轉(zhuǎn)自由度來控制。操作人員升降和回轉(zhuǎn)指令被轉(zhuǎn)化為吊臂頭的理想坐標(biāo)xi(t)，yi(t)。有效載荷相對于起重纜繩的懸掛點(diǎn)的水平運(yùn)動可以由多種技術(shù)測量，包括基于測量有效載荷起重纜繩的角度的全球定位系統(tǒng)(GPS)、加速計、以及慣性編碼器的技術(shù)。根據(jù)有效載荷起重纜繩的角度的測量，(圖4)，延時控制規(guī)范為如下形式xref(t)＝xi(t)+kxLcsin(θx(t-τx))cos(θy(t-τx))(4)yref(t)＝y(tǒng)i(t)-kyLcsin(θy(t-τy)) (5)其中kx和ky是控制系統(tǒng)增量而τx和τy是時間延遲。控制系統(tǒng)的反饋回路中的延時在系統(tǒng)中產(chǎn)生了所需要的阻尼效果。利用跟蹤控制系統(tǒng)來應(yīng)用這種控制算法以保證有效載荷懸掛點(diǎn)沿著指定的基準(zhǔn)位置運(yùn)動。穩(wěn)定性分析為了得到受控系統(tǒng)的運(yùn)動方程，將方程(4)和(5)的基準(zhǔn)坐標(biāo)(xref(t)，yref(t))代入方程(2)和(3)的懸掛點(diǎn)坐標(biāo)(xp(t)，yp(t))。這樣，得到以下的受控系統(tǒng)運(yùn)動方程[θ··t(t)+2μθ·x(t)]cos(θy(t))-2θ·x(t)θ·y(t)sin(θy(t))+gLcsin(θx(t))]]>+[x··i(t)+2μx·i(t)]cos(θx(t))Lc-[z··p(t)+2μz·p(t)]sin(θx(t))Lc+kxcos(θx(t))cos(θx(t-τx))]]>([θ··x(t-τx)+2μθ·x(t-τx)]cos(θy(t-τx))-2θ·x(t-τx)θ·y(t-τx)sin(θy(t-τx)))---(6)]]>-kxcos(θx(t))sin(θx(t-τx))([θ··y(t-τx)+2μθ·y(t-τx)]sin(θy(t-τx))+[θ·x2(t-τx)+θ·y2(t-τx)]cos(θy(t-τx)))=0]]>θ··y(t)+2μθ·y(t)+θ·x2(t)sin(θy(t))cos(θy(t))+gLccos(θx(t))sin(θy(t))]]>-[x··i(t)+2μx·i(t)]sin(θx(t))sin(θy(t))Lc-[y··i(t)+2μy·i(t)]cos(θy(t))Lc]]>-[z··p(t)+2μz·p(t)]cos(θx(t))sin(θy(t))Lc-kxsin(θx(t))sin(θy(t))cos(θx(t-τx))]]>([θ··x(t-τx)+2μθ·x(t-τx)]cos(θy(t-τx))-2θ·x(t-τx)θ·y(t-τx)sin(θy(t-τx)))---(7)]]>+kxsin(θx(t))sin(θy(t))sin(θx(t-τx))([θ··y(t-τx)+2μθ·y(t-τx)]sin(θy(t-τx))+[θ·x2(t-τx)+θ·y2(t-τx)]cos(θy(t-τx)))]]>+kycos(θy(t))([θ··y(t-τy)+2μθ·y(t-τy)]cos(θy(t-τy))-θ·y2(t-τy)sin(θy(t-τy)))=0]]>方程(6)和(7)是具有延時反饋控制系統(tǒng)的球擺的受控運(yùn)動方程。
為了分析響應(yīng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的變量劃分為快速變化和緩慢變化兩項。以下進(jìn)行快速變化的動態(tài)特性的穩(wěn)定性分析?？焖僮兓棡棣葂(t)＝εθx(t) (8)θy(t)＝εθy(t)(9)zp(t)＝εzp(t) (10)而緩慢變化項為
xi(t)＝ε2xi(t)(11)yi(t)＝ε2yi(t)(12)其中ε很小，是運(yùn)動幅度的度量。將方程(8)-(12)代入方程(6)和(7)并將系數(shù)ε設(shè)為零，得到以下結(jié)果θ··x(t)+2μθ·x(t)+gLcθx(t)+kxθ··x(t-τx)+2μkxθ·x(t-τx)=0---(13)]]>θ··y(t)+2μθ·y(t)+gLcθy(t)+kyθ··y(t-τy)+2μkyθ·y(t-τy)=0----(14)]]>求解方程(13)并且同樣的結(jié)果也適用于方程(14)。方程(13)的解為如下形式θx(t)＝aeστcos(ωt+θo) (15)其中α、σ、ω、和θ0是實常數(shù)。將方程(15)代入方程(13)并將系數(shù)sin(ωt+θ0)和cos(ωt+θ0)分別設(shè)為零，得到以下結(jié)果k(σ2+2μσ-ω2)sin(ωτ)-2kω(μ+σ)cos(ωτ)-2ω(μ+σ)eστ＝0(16)2kω(μ+σ)sin(ωτ)+k(σ2+2μσ-ω2)cos(ωτ)+(σ2+2μσ-ω2+gLc)eσt=0---(17)]]>對于給定的增量k和延時τ，方程(16)和(17)可以求解出ω和σ。然后由初始條件確定α和θ0。系統(tǒng)的穩(wěn)定性由變量σ確定，即當(dāng)σ＜0時系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)σ＞0時系統(tǒng)不穩(wěn)定。穩(wěn)定性的臨界對應(yīng)于σ＝0。為確定這些臨界，將σ＝0代入方程(16)和(17)得到kω2sin(ωτ)+2kμωcos(ωτ)+2μω＝0 (18)2kμωsin(ωτ)-ω2(1+kcos(ωτ))+Ω2＝0 (19)
其中Ω=g/Lc]]>是有效載荷的擺動頻率。方程(18)和(19)通過被Ω2除而無量綱化，并且將延時τ設(shè)定為與未受控擺動周期T成比例。結(jié)果為kλ2sin(2πλδ)+2kvλcos(2πλδ)+2vλ＝0(20)2kvλsin(2πλδ)-λ2(1+kcos(2πλδ))+1＝0 (21)其中λ＝ω/Ω，δ＝τ/T，以及ν＝μ/Ω。通過改變δ并解方程(20)和(21)求出λ和k，就可以確定穩(wěn)定性臨界。圖5示出作為相對延時δ和控制系統(tǒng)增量k的函數(shù)的穩(wěn)定性臨界在相對阻尼ν＝0.0033時的圖表。無陰影部分對應(yīng)于穩(wěn)定響應(yīng)。
通過改變方程(16)和(17)中的τ和k，就可以確定由每個增量-延時組合產(chǎn)生的阻尼σ的值。圖6示出作為τ和k的函數(shù)的阻尼σ的等高線，其中τ根據(jù)未受控系統(tǒng)的自然周期T給定。較黑的區(qū)域?qū)?yīng)于較高的阻尼。圖6在后面還用于選擇最佳的增量/延時組合。船載起重機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計升降和回轉(zhuǎn)角度的同時發(fā)生使得有效載荷擺體的懸掛點(diǎn)(吊臂頭)可以自由地在起重機(jī)的范圍內(nèi)移動到規(guī)定的水平坐標(biāo)。在這些運(yùn)動中應(yīng)用延時控制系統(tǒng)可以降低有效載荷在由吊臂和起重塔構(gòu)成的平面內(nèi)外擺動。升降和回轉(zhuǎn)的自由度已經(jīng)存在于船載起重機(jī)因此不需要改變現(xiàn)有起重機(jī)結(jié)構(gòu)。改變只限于增加上述傳感器以讀取有效載荷運(yùn)動、起重機(jī)升降和回轉(zhuǎn)角度、以及起重船的運(yùn)動。個人計算機(jī)(或者編程并加到起重機(jī)的計算機(jī)內(nèi)的芯片)可以用于應(yīng)用控制規(guī)范并從而執(zhí)行本發(fā)明的控制系統(tǒng)。
為了應(yīng)用延時控制算法，使用了兩個正比即時變化(PD)的跟蹤控制系統(tǒng)以控制吊臂升降和回轉(zhuǎn)角度。操作人員輸入指令經(jīng)延時控制系統(tǒng)發(fā)送到起重機(jī)致動裝置PD控制系統(tǒng)，從而操作人員對運(yùn)行過程一目了然。起重機(jī)致動裝置要足夠強(qiáng)大以相比于載荷擺動速度快速移動吊臂，這樣在每個取樣周期終了時適合于基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)信號。
圖7示出一個船載起重機(jī)。坐標(biāo)x，y，z是慣性坐標(biāo)系而坐標(biāo)x”，y”，z”是船的固有坐標(biāo)系。對于具有升降和回轉(zhuǎn)自由度的，安裝在偏斜、波動、起伏、傾斜、和搖擺的船上的吊臂起重機(jī)，點(diǎn)O是船上的基準(zhǔn)點(diǎn)，其中測量船的偏斜w(t)、波動u(t)、和起伏h(t)運(yùn)動。當(dāng)船靜止時該點(diǎn)和慣性基準(zhǔn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)一致。利用一組歐拉角來描述船只的空間方位。船的固有坐標(biāo)系在點(diǎn)O處繞慣性x軸傾斜角度φpitch而構(gòu)成(x’，y’，z’)坐標(biāo)系，然后繞新的y’軸搖擺角度φroll而構(gòu)成(x”，y”，z”)坐標(biāo)系。利用該方法，吊臂頭的慣性坐標(biāo)如下xp(t)yp(t)zp(t)=w(t)u(t)-h(t)+1000cos(φpitch(t))-sin(φpitch(t))0sin(φpitch(t))cos(φpitch(t))---(22)]]>cos(φroll(t))0sin(φroll(t))010-sin(φroll(t))0cos(φroll(t))(RxRyRz+Lbcos(β(t))cos(α(t))Lbcos(β(t))sin(α(t))-Lbsin(β(t)))]]>其中Lb是吊臂長度，R＝(Rx，Ry，Rz)是吊臂機(jī)座相對于點(diǎn)O在船的固有坐標(biāo)系內(nèi)的位置。吊臂頭的慣性水平坐標(biāo)是xp(t)＝w(t)+cos(φroll(t))(Rx+cos(α(t))cos(β(t))Lb)+sin(φroll(t))(Rz-sin(β(t))Lb) (23)yp(t)＝u(t)+cos(φpitch(t))(Ry+sin(α(t))cos(βt))Lb)(24)+sin(φpitch(t))[sin(φroll(t))(Rx+cos(α(t))cos(β(t))Lb)-cos(φroll(t))(Rz-sin(β(t))Lb)]首先，本發(fā)明的控制系統(tǒng)將吊臂頭的操作人員升降βi(t)和回轉(zhuǎn)αi(t)指令轉(zhuǎn)換為慣性基準(zhǔn)xi(t)和yi(t)的目標(biāo)位置。這可以以任何方式進(jìn)行，比如，吊臂頭的軌跡可以對應(yīng)于靜止船只的操作人員指令升降βi(t)和回轉(zhuǎn)αi(t)，例如
xi(t)＝Rx+cos(αi(t))cos(βi(t))Lb(25)yi(t)＝Ry+sin(αi(t))cos(βi(t))Lb(26)其中βi(t)和αi(t)由對操作人員指令的升降和回轉(zhuǎn)速度積分而得到。強(qiáng)迫吊臂頭沿這些慣性xi(t)和yi(t)坐標(biāo)運(yùn)動減小了吊臂頭因船只運(yùn)動而產(chǎn)生的水平擾動。然后，由于有效載荷延時的入面和出面擺動角度產(chǎn)生的xy平面內(nèi)的有效載荷延時運(yùn)動的一部分被疊加到操作人員的xi(t)和yi(t)輸入，從而在慣性基準(zhǔn)系內(nèi)形成指定的吊臂頭位置(xref(t)，yref(t))，如由方程(27)和(28)所給定的xref(t)＝xi(t)+kinLcsin(θin(t-τin))cos(θout(t-τin))cos(α(t))+koutLcsin(θout(t-τout))sin(α(t)) (27)yref(t)＝y(tǒng)i(t)+kinLcsin(θin(t-τin))cos(θout(t-τin))sin(α(t))-koutLcsin(θout(t-τout))cos(α(t)) (28)其中慣性入面擺動角度θin，代替了θx；慣性出面擺動角度θout，代替了θy，以求得起重機(jī)回轉(zhuǎn)角度α，如圖8所示。Kin和kout是控制系統(tǒng)增量而τin和τout是時間延遲。如上所述，這些延時分量形成了抑制其余擺動所必需的阻尼。
控制系統(tǒng)將方程(23)和(24)中的(xp(t)，yp(t))替換為(xref(t)，yref(t))并且求出相對于船的固有坐標(biāo)系的升降和回轉(zhuǎn)角度(α(t)，β(t))?？刂葡到y(tǒng)的最后部分包括跟蹤PD控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)快速控制吊臂升降和回轉(zhuǎn)致動裝置以跟蹤基準(zhǔn)角度α(t)和β(t)。數(shù)值模擬根據(jù)圖2所示的起重船構(gòu)建了一個三維計算機(jī)模型(圖9)。這些尺寸(單位為英尺)列在表1中。
選擇位置2為模擬位置。
圖9表示了計算機(jī)模型的幾何圖形。被起重貨物的重心在吊臂頭下面27.1米，設(shè)定有效載荷擺動的自然頻率為0.096赫茲。在該模擬中選取線性阻尼系數(shù)為0.002。通過將船只的搖擺和傾斜運(yùn)動頻率設(shè)定為等于有效載荷擺動的自然頻率以及起伏運(yùn)動頻率等于有效載荷擺動的自然頻率的二倍，有效載荷由初始諧振和主參數(shù)諧振擾動。如上所述這些條件是最惡劣的擾動。在計算機(jī)仿真中，這些條件用于確定控制系統(tǒng)的有效性。控制系統(tǒng)的入面和出面部分的增量均取0.1。有效載荷的入面和出面角度的延時選擇為2.5秒，該值大約是未受控有效載荷的擺動周期的1/4。搖擺幅度為2°，傾斜幅度為1°，起伏幅度為0.305米，受控和未受控的情況都加以模擬。
表1T-ACS船和起重機(jī)的尺寸。所有尺寸單位為英尺。
利用以有效載荷擺動的自然頻率為頻率的搖擺和傾斜中的正弦擾動以及以有效載荷擺動的自然頻率的二倍為頻率的起伏中的正弦擾動進(jìn)行了三組模擬。在第一組中，起重機(jī)定位為吊臂沿垂直于船體軸線的船側(cè)延伸。起重纜繩的受控和未受控的入面和出面角度的結(jié)果表示在圖10a和10b中。(圖10a表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面角度。圖10b表示作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的出面角度。)在未受控的模擬中，有效載荷纜繩的擺動角度快速增長到大約為入面70°和出面65°。另一方面，受控的響應(yīng)保持在入面1.5°和出面1°內(nèi)。
在第二組模擬的開始，起重機(jī)初始定位為吊臂沿垂直于船體軸線的船側(cè)延伸。關(guān)閉控制系統(tǒng)，起重機(jī)操作人員在40秒內(nèi)執(zhí)行回轉(zhuǎn)90°并復(fù)位的操作。隨后打開控制系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行同樣的模擬。起重纜繩的受控和未受控的入面和出面角度的結(jié)果表示在圖11a和11b中。在圖11a中有效載荷纜繩(起重纜繩)的入面角度表示為時間的函數(shù)，而在圖11b中有效載荷纜繩的出面角度表示為時間的函數(shù)。在未受控的模擬中，有效載荷的擺動快速增長到大約為入面85°和出面80°，而在受控的模擬中入面和出面擺動角度都保持在8°內(nèi)。
為了進(jìn)一步驗證本發(fā)明的控制系統(tǒng)，起重機(jī)定位為吊臂沿船側(cè)延伸并垂直于船體軸線。有效載荷位置給定一個60°度的入面初始擾動。起重機(jī)受到如圖10a和10b以及圖11a和11b所示的前兩個模擬中一樣的搖擺、傾斜、和起伏擾動。有效載荷的擺動的受控和未受控的入面和出面角度的結(jié)果表示在圖12中。未受控響應(yīng)增長到大約100°，而受控響應(yīng)快速降低并保持在2°內(nèi)。在受控模擬中，起重機(jī)升降和回轉(zhuǎn)致動器的輸入能量要比沒有控制系統(tǒng)時進(jìn)行同樣的操作所需要的輸入能量高大約20％。實驗裝置和結(jié)果為了驗證計算機(jī)模擬，開發(fā)了實驗裝置。如圖13所示的實驗裝置，包括一個如圖2所示的起重機(jī)的比例1/24為的模型。起重機(jī)安裝在肘節(jié)機(jī)構(gòu)的移動工作臺上。
具體地，實驗裝置的起重機(jī)總體上表示為50。起重機(jī)模型包括一個吊臂升降角度馬達(dá)52和一個回轉(zhuǎn)角度馬達(dá)54。吊臂56和數(shù)字式擺動傳感器62安裝在肘節(jié)的移動工作臺58上。光學(xué)編碼器60安裝在吊臂56上。工作臺58可以產(chǎn)生任意的獨(dú)立的搖擺、傾斜、和起伏運(yùn)動。在該實驗中，驅(qū)動工作臺58來帶動起重船在表1的起重機(jī)位置2運(yùn)動。數(shù)字式擺動傳感器62測量工作臺搖擺和傾斜角度，光學(xué)編碼器60讀取有效載荷起重纜繩的入面和出面角度。光學(xué)編碼器64讀取吊臂升降角度?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)54內(nèi)的光學(xué)編碼器讀取起重機(jī)的回轉(zhuǎn)角度。已知載荷66懸垂在吊臂56上。在該實驗裝置中，采用重量為20噸的8英尺*8英尺*20英尺的集裝箱的1/24比例的模型作為有效載荷。有效載荷的重心位于吊臂頭下面1米。這一長度產(chǎn)生了0.498赫茲的擺動頻率。一個臺式電腦(未示)向工作臺馬達(dá)發(fā)送搖擺、傾斜、和起伏的指令。另一個臺式電腦(未示)對起重機(jī)編碼器以及工作臺數(shù)字式擺動傳感器取樣，并且驅(qū)動吊臂升降和回轉(zhuǎn)馬達(dá)。延時控制算法加到驅(qū)動起重機(jī)馬達(dá)的軟件中。
同樣，實驗是針對按照臨界頻率的正弦運(yùn)動的最惡劣情況進(jìn)行的。這些實驗中，工作臺和起重機(jī)模型由以擺動頻率(0.498赫茲)為頻率的2°搖擺、和以擺動頻率的二倍為頻率的1.27厘米的起伏正弦擾動。所采用的控制系統(tǒng)參數(shù)為有效載荷起重纜繩的入面和出面角度的延時為0.5秒，該值大約是模型有效載荷的擺動周期的1/4?？刂葡到y(tǒng)的入面和出面部分的增量均取0.1。
進(jìn)行了兩組實驗，受控和未受控。在第一組中，起重機(jī)吊臂延伸過船側(cè)并垂直于模型船軸線。作為時間的函數(shù)的有效載荷纜繩的入面和出面角度的實驗結(jié)果分別表示在圖14a和14b中。在未受控的情況中，擾動使得這些角度的大小快速增長，并且10秒后當(dāng)入面擺動角度大約為70°時停止實驗。隨后打開控制系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行同樣的實驗，入面和出面角度的最大值分別保持在1.5°和2°內(nèi)。
在第二組中，起重機(jī)模型一開始延伸過船側(cè)并垂直于模型船軸線。起重機(jī)操作人員每8秒進(jìn)行從0°到90°的回轉(zhuǎn)操作。在未受控的情況中，如圖15a和15b所示，擾動和回轉(zhuǎn)操作一起使得擺動角度的大小快速增長，并且10秒后當(dāng)入面角度大約為70°時不得不停止實驗。隨后打開控制系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行同樣的實驗，入面和出面角度的最大值保持在小于6°內(nèi)。
還進(jìn)行了另外一個實驗，其中本發(fā)明的控制系統(tǒng)一開始是關(guān)閉的。隨后，幾秒鐘之后，當(dāng)有效載荷的入面擺動角度增加到超過20°時，打開控制系統(tǒng)。進(jìn)行該實驗是為了模擬初始擾動的影響。打開控制系統(tǒng)后，有效載荷的入面擺動角度在10秒內(nèi)降低到小于1°并保持在小于1°內(nèi)，如圖16所示?？偨Y(jié)延時的位置反饋以及升降和回轉(zhuǎn)角度作用對于船載起重機(jī)以及其他類型的起重機(jī)系統(tǒng)的貨物擺動控制是一種有效的方法。利用本發(fā)明可以獲得有效載荷的擺動角度的顯著降低以及在大的初始擾動時控制系統(tǒng)的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性。實驗和計算機(jī)模擬都驗證了本發(fā)明的控制系統(tǒng)能夠控制并降低由安裝在諸如船只和駁船的移動工作臺上的起重機(jī)，以及安裝在靜止工作臺上的起重機(jī)起重的貨物的擺動。
通過研究附圖、說明書、和所附的權(quán)利要求書可以得到本發(fā)明的其他方面和特征。
權(quán)利要求
1.一種降低由安裝在移動工作臺上的起重機(jī)起重的貨物的擺動的方法，包括以下步驟計算起重機(jī)吊臂頭的操作人員輸入位置；確定懸垂在起重機(jī)的起重纜繩上的貨物相對于起重機(jī)起重纜繩的懸掛點(diǎn)的相對運(yùn)動；基于貨物的相對運(yùn)動提供入面和出面延時及增量；根據(jù)入面和出面延時及增量計算出由操作人員指令的慣性系中的運(yùn)動的修正值；基于操作人員所需要的吊臂頭位置的修正值和移動工作臺的運(yùn)動計算起重機(jī)吊臂的基準(zhǔn)角度以提供降低貨物擺動的阻尼。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計算操作人員所需要的起重機(jī)吊臂頭位置的步驟包括對操作人員輸入的吊臂速度積分以得到升降和回轉(zhuǎn)角度的時間關(guān)系曲線；以及根據(jù)升降和回轉(zhuǎn)角度的時間關(guān)系曲線提供起重機(jī)吊臂頭的運(yùn)動關(guān)系曲線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，操作人員輸入的速度是回轉(zhuǎn)速度和升降速度并且運(yùn)動關(guān)系曲線基于回轉(zhuǎn)角度速度和升降角度速度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，回轉(zhuǎn)角度速度和升降角度速度被轉(zhuǎn)換為笛卡兒坐標(biāo)以提供吊臂頭在靜止坐標(biāo)系中的運(yùn)動關(guān)系曲線。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，計算基準(zhǔn)角度包括計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)角度和基準(zhǔn)升降角度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括根據(jù)計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)角度和基準(zhǔn)升降角度的步驟跟蹤或追隨吊臂頭的理想運(yùn)動。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括根據(jù)計算起重機(jī)的基準(zhǔn)角度的步驟控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)和升降馬達(dá)以移動吊臂頭。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，貨物運(yùn)動通過可以測量起重纜繩的角度的全球定位系統(tǒng)、加速計、或者慣性編碼器來測量。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，計算基準(zhǔn)角度包括將修正值疊加到由操作人員指令的運(yùn)動關(guān)系曲線上。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，入面增量和出面增量不同。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，入面增量和出面增量是小數(shù)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，入面延時和出面延時不同。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，工作臺的運(yùn)動是船的運(yùn)動，船的運(yùn)動是傾斜、偏航、搖擺、起伏、偏斜和波動。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，工作臺的運(yùn)動是移動的運(yùn)輸工具。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，入面延時和出面延時產(chǎn)生阻尼效果。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)由操作人員指令的運(yùn)動的修正值以及操作人員所需要的吊臂頭位置來計算吊臂頭的笛卡兒坐標(biāo)，其特征在于，計算基準(zhǔn)角度的步驟還基于所計算的笛卡兒坐標(biāo)和移動工作臺的運(yùn)動。
17.一種降低由安裝在移動工作臺上的起重機(jī)起重的貨物的擺動的控制系統(tǒng)，包括用以計算起重機(jī)吊臂頭的操作人員輸入位置的裝置；用于確定懸垂在起重機(jī)的起重纜繩上的貨物相對于起重機(jī)吊臂頭的相對運(yùn)動的裝置；用于根據(jù)貨物相對運(yùn)動提供入面和出面延時及增量的裝置；用于根據(jù)入面和出面延時及增量計算由操作人員指令的慣性系中的運(yùn)動的修正值的裝置；以及用于基于修正值、吊臂頭的操作人員輸入位置、以及工作臺的運(yùn)動計算吊臂的基準(zhǔn)角度以補(bǔ)償和降低貨物擺動的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，用于計算起重機(jī)吊臂頭的操作人員輸入位置的裝置包括將起重機(jī)的操作人員輸入速度積分為回轉(zhuǎn)和升降角度的時間關(guān)系曲線的裝置；以及根據(jù)回轉(zhuǎn)和升降角度的時間關(guān)系曲線提供起重機(jī)吊臂的運(yùn)動關(guān)系曲線的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，計算基準(zhǔn)角度的裝置包括計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)角度和基準(zhǔn)升降角度的裝置。
20.如權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，還包括根據(jù)操作人員所需要的吊臂頭位置和修正值來計算基準(zhǔn)笛卡兒坐標(biāo)的裝置，其特征在于，計算基準(zhǔn)角度的裝置還基于所計算的笛卡兒坐標(biāo)和移動工作臺的運(yùn)動。
21.如權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)基準(zhǔn)角度跟蹤或追隨吊臂的理想運(yùn)動的裝置。
22.一種用于降低由安裝在移動工作臺上的起重機(jī)起重的貨物的擺動的裝置，包括用以移動起重機(jī)的吊臂升降角度和回轉(zhuǎn)角度馬達(dá)；用來測量工作臺運(yùn)動的擺動傳感器；編碼器，用于讀取貨物起重纜繩的入面和出面角度以及起重機(jī)的吊臂升降角度和回轉(zhuǎn)角度；以及控制器，用于確定起重機(jī)吊臂頭的基準(zhǔn)位置以根據(jù)擺動傳感器和編碼器的輸入降低貨物擺動。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，控制器確定起重機(jī)的回轉(zhuǎn)和升降角度的入面和出面增量和延時，并且根據(jù)入面和出面增量和延時確定由操作人員指令的運(yùn)動的修正值，以降低貨物擺動。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，控制器將控制起重機(jī)的操作人員輸入與修正值和工作臺的運(yùn)動相疊加以便確定基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度，并且將基準(zhǔn)升降和回轉(zhuǎn)角度提供給跟蹤控制單元以控制吊臂升降角度和回轉(zhuǎn)角度馬達(dá)，從而降低貨物擺動。
全文摘要
一種降低貨物擺動的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)計算修正系數(shù)并將修正系數(shù)疊加到操作人員輸入運(yùn)動和工作臺運(yùn)動，以提供起重纜繩懸掛點(diǎn)的基準(zhǔn)位置。該基準(zhǔn)位置然后被提供給跟蹤控制器，從而迫使起重機(jī)跟蹤所需要的運(yùn)動以降低貨物擺動。
文檔編號B66C13/22GK1433375SQ00815340
公開日2003年7月30日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月5日
發(fā)明者阿里·H·納伊費(fèi)赫, 迪安·T·穆克, 瑞安·J·亨利, 齊亞德·N·馬蘇德 申請人:阿里·H·納伊費(fèi)赫, 迪安·T·穆克, 瑞安·J·亨利, 齊亞德·N·馬蘇德