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原文传递一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法

专利名称：	一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法
摘要：	本发明公开了一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，基于二维桥式起重机动力学模型，针对三段式加速度的缺点，采用相平面分析法，以三段式加速度为基础并引入加速度平滑过度环节，获得便于应用的解析表达式并设计控制系统，减少加速度变化对台车的直接冲击，兼顾台车精准定位与负载防摆的要求，同时提高了系统的响应速度；与现有轨迹控制方法比较，该方法能够使台车准确到达指定位置并防止负载摆动，同时有效减小加速度变化对台车的冲击，达到更加的控制效果，解决了桥式起重机运输过程中台车牵引吊绳引起负载惯性摆动与定位时负载残余摆动、负载定位精度低及负载摆动剧烈的问题，实现桥式起重机负载吊运时高效的定位防摆控制。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南科技大学
发明人：	范波;张炜炜;付主木;许惠
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910555584.1
公开号：	CN110407094A
代理机构：	洛阳公信知识产权事务所(普通合伙)
代理人：	李真真
分类号：	B66C13/06(2006.01);B;B66;B66C;B66C13
申请人地址：	471000 河南省洛阳市涧西区西苑路48号
主权项：	1.一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，其特征在于：包括以下步骤： S1：求取负载的位移、摆角信息与绳长量耦合到台车位移的控制量； S2：基于二维桥式起重机动力学模型，分析二维坐标系中台车位移摆角与加速度的关系，结合相平面分析法，建立基于位移摆角的加速度控制信号； S21：建立二维桥式起重机动力学模型：依据二维桥式起重机简化模型，在广义坐标下，利用拉格朗日动力学方程，建立定绳长二维桥式起重机动力学模型： S22：结合相平面分析法，得到台车以恒定加速度a运行时的相平面曲线方程：其中，θ(0)＝0和表示初始状态的摆角与初始角速度，表示自然振荡频率； S23：建立相平面曲线：基于步骤S22，在以θ(t)为横坐标，为纵坐标的坐标系中，表示为以[-a/g，0]为圆心，为半径的圆，即相平面曲线； S24：依据相平面曲线，分析桥式起重机运动情况可知，当a≠0时，负载以固定角速度ωn做单摆运动；当a＝0时，负载与台车保持相对静止； S3：建立运动控制系统，利用负载在运行过程中的摆动规律，建立对称式的加速度运动轨迹，即三段式加速度轨迹，设定各项性能指标，使得台车准确到达指定位置并消除负载摆动； S31：三段式加速度轨迹表达式为： S32：引入加速度平滑过度曲线：基于步骤S31，在运输距离确定的情况下，即指定位置位移ux＝x(t)时，加速与减速阶段的运送位移相同，则加速度轨迹曲线中心对称，整个运送过程中满足以下性能指标： (1)安全摆角指标：运行过程中的最大摆角uθ≥\|θ(t)\|； (2)最大加速度指标：运行过程中最大加速度 (3)最大速度指标：运行最大速度 (4)稳态指标：匀速运动及停止运动时的摆角θ(t)＝0； S4：通过调节负载在加速阶段、匀速运动阶段、减速阶段的位移时间函数，在不影响定位的前提下构建负载动态平滑定位防摆轨迹；依据三段式加速度轨迹表达式，得到限定各项性能指标下的轨迹方程；若平滑轨迹下台车受到的冲击与三段式加速度轨迹相比，有较大程度的缓解，至此轨迹规划完成。 2.根据权利要求1所述的一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，其特征在于：所述步骤S21中，F(t)表示作用到台车上的合力，M和m分别代表台车和负载的质量，x(t)表示台车水平方向位移，θ(t)表示负载在竖直方向的夹角即摆角，与分别表示负载摆动的角速度与角加速度，l是吊绳的长度，g是重力加速度。 3.根据权利要求1所述的一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，其特征在于：所述步骤S31中，在给定的运送距离内，限定各项性能指标，根据相平面计算出满足要求的amax、ta与tc值，得到三段式加速度轨迹准确表达式，使得桥式起重机在安全运行范围内能够最快达到指定运送位置消除摆动。 4.根据权利要求3所述的一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，其特征在于：所述各项性能指标为：限定最大加速度、最大速度、绳长、最大摆角。 5.根据权利要求3所述的一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，其特征在于：所述三段式加速度轨迹准确表达式为：其中，ω＝π/t1，为避免负载往复摆动，则t1∈(0,π/2ωn)。
所属类别：	发明专利