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原文传递一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法

专利名称：	一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法
摘要：	本发明提供了一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法，通过根据负载重量和实时测量的绳长，计算大车和小车的运行速度；基于起重机动力学微分方程，得到桥式起重机单摆模型的解析解；利用三脉冲作用下解析解的二次型目标函数，计算得到初始状态为零时的优化输入整形器；进而根据双模态输入整形器求解的级联法，设计桥式起重机双摆系统的优化输入整形器，并分别通过大车变频器和小车变频器驱动大车运行机构和小车运行机构运行来消除负载的摆动，实现起重机双级摆的优化防摇控制。本发明实现了长型负载水平起吊的优化防摇，提高了桥式起重机的工作效率和操作安全性，使大小车的运行速度和运行轨迹更为合理，易于工程应用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	汪小凯;吴庆祥;华林;郑学兵
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910781611.7
公开号：	CN110436347A
代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：	王丹
分类号：	B66C13/06(2006.01);B;B66;B66C;B66C13
申请人地址：	430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法，其特征在于：包括以下步骤： S1：建立桥式起重机双摆系统物理模型，包括运行方向两两垂直的三坐标运行机构、通过绳索吊在小车下方的吊钩和通过绳索吊在吊钩下方的负载；三坐标运行机构包括大车运行机构、小车运行机构和起升运行机构，大车运行机构设置在大车即桥架上，沿两侧轨道方向移动，小车运行机构和起升运行机构设置在小车上，小车运行机构沿桥架方向运行，与大车运行机构运行的方向垂直，起升运行机构运行的方向与地平面垂直；吊钩与起升运行机构构成一级摆即单摆，负载与吊钩构成二级摆即双摆； S2：根据包括大车和小车的期望运行速度、时滞时间、吊钩的起吊长度、负载到吊钩的斜拉绳长度、吊钩的偏摆角度、负载的偏摆角度、吊钩质量、负载质量的输入参数分别得到吊钩和负载偏摆的角频率、单摆和双摆的幅值、小车和大车的加速度参数； S3：在约束条件中设置负载的摆动角度，根据步骤S2得到的参数设置小车优化防摇输入整形器，向小车优化防摇输入整形器输入小车的运行速度和运行时间得到小车的运行加速度，按小车的运行加速度控制小车的运行使负载的摆动角度得到抑制； S4：在约束条件中设置负载的摆动角度，根据步骤S2得到的参数设置大车优化防摇输入整形器，向大车优化防摇输入整形器输入大车的运行速度和运行时间得到大车的运行加速度，按大车的运行加速度控制大车的运行使负载的摆动角度得到抑制。 2.根据权利要求1所述的一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为： S21：根据桥式起重机动力学分析确定桥式起重机双摆系统的偏摆的角频率；在桥式起重机双摆系统物理模型中，设静止状态的起吊绳所在直线为竖直起吊中心，设θ1为吊钩相对竖直起吊中心的偏摆角度，θ2为负载偏离起吊绳长的角度，θ3为负载偏离竖直起吊中心的角度，l1为桥式起重机起吊绳长，l2为负载斜拉钢丝绳长度，ll为起吊负载长度，m1为吊钩质量，m2为负载质量；设为吊钩的角加速度，为负载的角加速度，小车加速度为u，g为重力加速度常数；设为起吊负载绕负载中点O的转矩，为吊钩到起吊负载的垂直距离；则根据桥式起重机动力学分析建立桥式起重机双摆系统线性动力学微分模型为：设则吊钩偏摆的角频率ω1和负载偏摆的角频率ω2分别为： S22：根据桥式起重机动力学微分方程建立桥式起重机的单摆模型，并得到解析解；根据三脉冲作用下解析解的二次型目标函数，得到初始状态为零时单摆系统的幅值和优化输入整形器；设x为二维状态矢量，为x的一阶微分形式，是吊钩的角速度，则：设A＝[0 1；-ω1 0]，则桥式起重机系统的单摆状态方程为：设T1为系统的时滞时间，A1i为单摆的第i个脉冲的幅值，则：设s为传递函数复变量，i为脉冲个数，在三脉冲输入整形器的作用下，设传递函数为设Q为正定对称加权矩阵，δ为单位脉冲，t为系统时间；则满足二次型目标函数的优化输入整形器为： f1(t)＝A11δ(t)+A12δ(t-T1)+A13δ(t-2T1)； S23：根据双模态输入整形器求解的级联法，得到桥式起重机双摆系统的幅值和优化输入整形器；设y为二维状态矢量，是y的一阶微分形式，是负载的角速度，则：设C＝[0 1；-ω2 0]，则桥式起重机系统的双摆状态方程为：设A2i为双摆的第i个脉冲的幅值，则：在三脉冲输入整形器的作用下，设传递函数为则满足二次型目标函数的优化输入整形器为： f2(t)＝A21δ(t)+A22δ(t-T1)+A23δ(t-2T1)； S24：分别计算小车和大车的加速度；设桥式起重机的小车的期望运行速度为vmaxx，则小车的加速度为：设桥式起重机的大车的期望运行速度为vmaxd，则大车的加速度为： 3.根据权利要求2所述的一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为： S31：设优化脉冲幅值分别为：根据级联法得到传递函数为：则桥式起重机双摆系统的小车优化防摇输入整形器为： fopx(t)＝ax(B1δ(t)+B2δ(t-T1)+B3δ(t-2T1)+B4δ(t-3T1)+B5δ(t-4T1))； S32：设置负载的摆动角度为零的约束条件，向小车优化防摇输入整形器输入小车的运行速度和运行时间得到小车的运行加速度； S33：按小车的运行加速度控制小车的运行使负载的摆动角度得到抑制。 4.根据权利要求2所述的一种桥式起重机双摆系统优化防摇控制方法，其特征在于：所述的步骤S4中，具体步骤为： S41：设优化脉冲幅值分别为：根据级联法得到传递函数为：则桥式起重机双摆系统的小车优化防摇输入整形器为： fopd(t)＝ad(B1δ(t)+B2δ(t-T1)+B3δ(t-2T1)+B4δ(t-3T1)+B5δ(t-4T1))； S42：设置负载的摆动角度为零的约束条件，向小车优化防摇输入整形器输入小车的运行速度和运行时间得到小车的运行加速度； S43：按小车的运行加速度控制小车的运行使负载的摆动角度得到抑制。
所属类别：	发明专利