[发明专利]桥式起重机半开环定速防摇控制方法

摘要

本发明涉及用于减少或防止载荷纵向或横向摆动的起重机领域，具体为一种桥式起重机半开环定速防摇控制方法。1.一种桥式起重机半开环定速防摇控制方法，根据桥式起重机的实际运行速度控制桥式起重机的吊钩摆角和角速度，其特征是：按如下步骤依次实施：a.测速；b.计算期望极点；c.控制。本发明成本低，控制方便，控制精度高。

主权项

1.一种桥式起重机半开环定速防摇控制方法，其特征是：首先，给出了防摇控制方法如下：人工操作的桥式起重机大、小车是根据司机将控制器手柄挂入某一速度档位运行的，将速度档位对应的目标速度作为系统输入；控制目标在于实现桥式起重机大、小车的定速和吊钩的防摇，将其运行速度和吊重摆角作为系统输出；为了避免对较难获得的吊重摆角、角速度进行检测，采用状态观测器对状态变量进行估计；控制器为插入变频器的防摇卡，控制变频器的输出频率，实现对大、小车的精确定速，抑制吊重摆动；其次，给出了防摇控制策略的确定方法：第一步，建立桥式起重机数学模型；大车、小车的运行速度由变频调速系统控制，控制量应为变频器的输出频率；根据小车‑吊重系统模型，得到小车或大车‑吊重系统的运动学方程为式中：M——小车或大车质量；m——吊重质量；v——小车或大车速度；——小车或大车加速度；Dx——摩擦系数；l——钢丝绳长；θ——吊重摆角；——吊重摆角加速度；F——小车或大车牵引力；g——重力加速度；得出变频器输出频率与小车或大车牵引力的关系为式中：Ka,Kb,Kc——与桥式起重机变频调速系统有关的结构参数；v——小车速度；——小车加速度；F——小车牵引力；f——变频器输出频率；第二步，选取状态变量，将系统模型在状态空间中描述：结合式(1)和式(2)，取小车速度v、吊重摆角θ、角速度为状态变量，使用状态反馈进行定速和防摇控制；取可控量变频器输出频率f＝u为输入，并令x₁＝v,x₂＝θ,则得到系统的状态方程和输出方程为y＝Cx.——(3)式中：第三步，设计观测器:此系统对于小车速度x1为0型，为了提升系统的稳态性能，在速度纠偏通道中插入一个积分器；观测器的系统矩阵输入矩阵和输出矩阵取实际系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，即观测器输入为变频器输出频率，观测器的输出与实际系统输出的差值通过观测器矩阵G反馈；观测器矩阵G通过极点配置的方法确定；矩阵的极点应为所期望的极点；第四步，求取状态反馈增益:对各结构参数已知的桥式起重机，系统矩阵A和输入矩阵B就是确定的；反馈矩阵K以及积分器增益常数k采用极点配置的方法确定,由控制系统可得：y1＝C1x,u＝‑Kx+kξ,记C₁＝[1 0 0]当不考虑观测器的跟踪误差时，矩阵的极点应为所期望的闭环极点；系统的自然频率ω_n由小车的加速时间t_a确定；系统输出的上升时间接近于小车的加速时间，可查询起重机设计手册得到小车的加速时间；由确定系统自然频率，所取的系统自然频率应略小于式(5)的计算结果；闭环主导极点由确定，j为虚数符号；综合变频器频率加速时间、电动机最大扭矩的限制以及系统输出的稳定性，远极点绝对值可取为10倍闭环主导极点幅值，即解确定反馈矩阵K以及积分器增益常数k；根据公式(4)编程，将控制策略编入防摇卡，插入变频器，实现在精确控制人工操作的桥式起重机大、小车运行速度的同时抑制吊钩和吊重的摆动。