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原文传递一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法和装置

专利名称：	一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法和装置
摘要：	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平台，包括小车‑吊重系统，步进电机，控制系统和MEMS惯性测量模块；吊重通过滑块安装在同步带上；步进电机在开环防摇控制算法的控制下带动同步带上的滑块按速度规划曲线运动；控制系统用于控制电机转动；MEMS惯性测量模块，其用于对防摇效果进行评估，MEMS惯性测量模块安装在吊重上，MEMS惯性测量模块通过WiFi等无线数传模块将吊重摆角实时传输到到工控机。本发明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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海理工大学
发明人：	孙玉国;刘海江;卢凤娇;卜凡舟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910541738.1
公开号：	CN110294414A
代理机构：	上海伯瑞杰知识产权代理有限公司
代理人：	俞磊
分类号：	B66C13/06(2006.01);B;B66;B66C;B66C13
申请人地址：	200000 上海市杨浦区军工路516号
主权项：	1.一种基于开环防摇控制算法的起重机控制方法，其特征在于，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；Ai，ti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，Td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0.5Td内完全消除由小车加速引起的吊重摆角振动。 2.根据权利要求1所述的基于开环防摇控制算法的起重机控制方法，其特征在于，为了提高开环控制系统的鲁棒性，增加约束条件：其物理含义是让残余振动幅值对系统的振荡频率变化不敏感；此时，防摇控制器参数为：式(9)中第一行表示加速度发生改变的时间点，由系统的振荡周期唯一决定；第二行表示在对应时刻加速度的大小，由系统的阻尼比唯一决定。 3.一种基于开环防摇控制算法的起重机控制试验平台，其特征在于，包括小车-吊重系统，其包括吊重(1)，吊重(1)通过缆线与滑块(2)连接，滑块(2)安装在同步带(3)上，吊重(1)在机械惯性力作用下产生摇摆运动；步进电机(4)，其用于在开环防摇控制算法的控制下带动同步带(3)上的滑块(2)按速度规划曲线运动，吊重(1)在机械惯性力作用下产生摇摆运动；控制系统，其包括依次设置在步进电机(4)控制端的驱动器(5)、PLC控制器(6)和工控机(7)，所述工控机(7)用于向PLC控制器(6)发出控制指令，PLC控制器(6)产生频率可变脉冲信号，并通过驱动器(5)控制步进电机(4)转动； MEMS惯性测量模块，其用于对防摇效果进行评估，MEMS惯性测量模块安装在吊重(2)上，MEMS惯性测量模块通过WiFi等无线数传模块将吊重摆角实时传输到到工控机(7)。 4.根据权利要求1所述的基于开环防摇控制算法的起重机控制试验平台，其特征在于，所述工控机(7)通过RS-232接口与PLC控制器(6)通信,工控机(7)的输出管脚y0,y1,y2分别输出脉冲信号、使能信号和方向控制信号，分别与驱动器(5)对应引脚PUL、ENA和DIR相连；步进电机(4)采用24VDC电源供电。
所属类别：	发明专利