[发明专利]一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于开环防摇控制算法的起重机控制试验方法，采用开环前馈控制方法，在起吊作业的起始阶段和准停阶段分别采用多段加速和多段减速的方法来控制吊重的摇摆幅度，能较好地抑制吊重的摇摆，且对吊重绳长变化不敏感，具有一定的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及起重机控制领域，具体地说，特别涉及到一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法。

背景技术

在桥式起重机，门式起重机和行车的起吊作业过程中，吊重在机械惯性力作用下将不可避免地产生摇摆和晃动。若不加控制，在到达指定位置后吊重的残余摇摆运动需要较长时间才能逐渐衰减，严重影响作业效率甚至作业安全。随着现代物流业对起重机起吊货物的速度要求越来越高，防摇控制问题已引起业界的高度关注。当前，起重机的摇摆控制分为机械防摇控制和电子防摇控制两大类。其中，机械防摇控制设备复杂且多依赖于操作人员的经验，其精确性、可重复性以及可靠性难以保证；电子防摇具有较好的精确性，代表着防摇控制的主流方向；当前，电子防摇控制系统多采用LQR，FUZZY，PID等闭环控制方法，控制器设计复杂且需要安装光学测量传感器来测量吊重摆角的变化，其安装、调试成本以及后期的运行维护费用较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法，所述开环防摇控制算法的模型建立过程如下：

设小车M沿x方向运动，吊重m在惯性力的作用下产生左右摇摆运动，系统受到的外力有小车驱动力F，小车与轨道之间的摩擦力f；则以小车位移x，绳长l，摆角θ为广义坐标，得到系统的动力学微分方程为：

由于重机实际工作时一般提升到一定高度后小车再动作；到达准停位置后再缓缓放下重物，故可不考虑绳长l变化；另外，在安全操作条件下θ＜10°；

上式可进一步简化为：

以小车加速度为输入，吊摆角度θ为输出，进行拉普拉斯变换得系统传递函数：

由式(3)可知，其为二阶动力学系统；

对于二阶动力学系统而言，当间隔半个振荡周期施加2个脉冲激励并调整脉冲激励信号的幅值，在线性系统的叠加原理作用下，在半个振荡周期后让2条呈指数衰减的脉冲响应曲线的正半周和负半周将叠加归零，即吊重的摆角快速归零；

所述二阶动力学系统，其残余振动的幅值为：

其中，

上式中，ω为“小车-吊重”振荡固有角频率；ξ为系统阻尼系数；n为脉冲个数；A_i，t_i为第i个脉冲的幅度和作用时刻；

为了在理论上完全消除残余振荡，可令V(w，ξ)＝0，进一步推导可得：

式中，T_d为防摇系统固有振荡周期；

若起重机在作业过程中绳长和阻尼不变，即ω，ζ保持恒定，式(7)的算法可在0.5T_d内完全消除由小车加速引起的吊重摆角振动。

进一步的，为了提高开环控制系统的鲁棒性，增加约束条件：