[发明专利]一种基于输入整形法的起重机防摇控制系统及其方法

说明书

本发明公开了基于输入整形法的起重机防摇控制系统及其方法，包括控制系统、角度测量装置和位置测量装置；所述角度测量装置测量吊载摆动角度并传输至控制系统；所述位置测量装置在所述小车运行过程中实时测量所述小车位置信号，并将小车位置信号反馈至所述控制系统；所述控制系统将吊载摆动角度与小车位置信号进行输入整形前馈处理，将处理后的信号传输至起重机的小车，用来控制起重机中小车的运行，实现起重机防摇控制。本发明创造性的结合了输入整形法与小车精确定位，高效精确的控制小车吊载高速运行，有效抑制起重机吊载摆动，且鲁棒性高，精确驱动小车到达指定目标位置。

技术领域

本发明涉及防摇控制的技术领域，尤其是一种基于输入整形法的起重机防摇控制系统及其方法。

背景技术

随着经济贸易全球化的发展，集装箱运输迅速增长，集装箱船舶尺度相应地增大，集装箱起重机向大型化发展，起重机行走小车的运行速度及集装箱的起升高度也相应提高。由于悬吊钢丝绳的长度增大，钢丝绳在垂直和水平2个方向的速度提高，司机视距的不断加大，跟钩操作越来越困难，使得在消除集装箱摆动和迅速正确对箱(吊具与集装箱对箱，起吊的集装箱与底盘车、AGV小车、堆场或船舱对箱)环节上花费越来越多的时间，极大地影响了生产效率和装卸速度。如何稳定吊具、平稳操作成为共同关注的问题，能够有效提高集装箱起重机作业的“防摇”技术也得到了各起重机制造厂家和研究机构的重点关注和研究。现阶段集装箱起重机的吊具及集装箱系统采用防摇技术包括：机械方式和电子方式。

机械式防摇是通过机械手段消耗摆动的能量以达到最终消除摇摆的目的，或通过增加悬挂系统刚性抑制摇摆，现有的机械式防摇方式主要是通过钢丝绳缠绕系统的不同设计达到抑制摇摆的目的；但是机械式防摇装置存在机构复杂、可靠性差、维修保养工作量大等缺点，同时，在起升钢丝绳较长的情况下防摇效果很不理想。而且，机械式防摇手段在满载时防摇效果比较明显，但在空载时，摆幅衰减较慢，反应迟钝。

电子式防摇又分为传统电子式防摇与现代电子式防摇，传统电子式防摇方法通常采用PLC实现“闭环PID控制”，“闭环PID控制”是通过各种传感器和检测元件将检测到的信息(如摆角、角速度等)传送至控制系统的微机，经微机内部控制软件处理后将最佳的控制参数(如PD/PID控制参数)提供给小车调速系统来控制小车的运行，从而减少吊具及载荷的摆动幅度。传统电子式防摇通常能有效地控制摇摆，但港口经常有风浪影响，常规的PD控制往往难以奏效，在实际应用中常出现小车速度调整太频繁，在有人驾驶的情况下，司机室会随着电子防摇系统的作用，到达目标位置后，来回地晃动，出现司机感到不舒服的现象。

现代电子式防摇主要包括“模糊逻辑控制”、“模糊逻辑控制”的改进方法“基于自适应的模糊神经网络控制方法”、“滤波控制”和“输入整形法”，现代电子式防摇方法克服了传统电子式防摇方法的问题，但是单纯的模糊控制必须具备较完善的控制规则和系统自学习能力，而将神经网络与模糊控制技术的结合又需要前期进行大量的神经网络训练。Ziyad等人在2006年发表的《A Graphical Approach to Input-Shaping ControlDesign forContainer Cranes With Hoist》分别采用输入整形法和数字滤波器对桥式起重机进行控制，证明了输入整形法在抑制桥式起重机吊载摆动上比数字滤波器响应更快，但是现有的输入整形法大多以小车的加速度作为输入信号输入整形控制器，对起重机运行进行控制，在吊臂加速完成时实现吊重残余摆动为0，实现消摆防摇。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，克服现有起重机在有人驾驶的情况下，由于司机室会随着电子防摇系统的作用，到达目标位置后，来回地晃动，导致司机很不舒适的问题，提供一种基于输入整形法的起重机防摇控制系统及其方法，在抑制起重机摇摆的同时，控制小车精确定位。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于输入整形法的起重机防摇控制系统，包括控制系统、角度测量装置和位置测量装置；