[发明专利]起重机负载摆动的在线检测方法及其检测系统

说明书

技术领域

本发明属于负载摆动检测技术领域，尤其涉及一种起重机负载摆动的在线检测方法及其检测系统。

背景技术

工业场合用于物料搬运的起重机通常利用一个或一个以上的提升和平移运动移动负载。起重机的运动执行机构与负载之间通常采用柔性的钢丝绳连接，容易引起负载摆动，使作业效率受到影响，容易引发安全事故。因此，如何消除负载的摆动是起重机控制的重点，而如何准确地检测负载的摆动是有效控制负载摆动的前提。

起重机负载摆动的检测方法可以分为两类：传感器检测法和模型估算法。传感器检测法包括采用安装在摆动中心附近的接触式摆角传感器，采用实时摄像、激光扫描等技术的非接触式视觉传感器，采用加速度计的力觉传感器等。接触式传感器和加速度传感器检测结果精度不高，视觉传感器检测精度较高，但成本也很高。传感器检测法的优点是可以检测外部扰动引起的摆动，缺点是安装、维护困难，在实际应用中受到限制。

模型检测法根据摆动的模型来估算负载摆动，优点是不需要安装传感器，但检测精度受到模型精度的影响。提升和平移同时运动时，起重机摆动的动力学方程是时变二阶非线性的，为了能够应用现代控制理论的方法，许多研究采用了简化的线性模型，假设绳长不变或者用等效绳长来近似变化的绳长，这就使得以这些线性模型为基础的摆动控制效果受到影响，实用性降低。随着起重机越来越大型化和快速化，提升绳长变化范围变大，同时提升运动速度提高，绳长和提升速度的影响已经不能被忽略。

基于上述问题，有必要提出一种起重机负载摆动的在线检测方法，在考虑绳长和提升速度影响，并且提升机构和平移机构同时快速运动的情况下，仍能精确检测负载的摆动角度和角速度。

发明内容

基于此，本发明针对上述技术问题，提供一种起重机负载摆动的在线检测方法及其检测系统。

本发明采用如下技术方案：

一种起重机负载摆动的在线检测方法，包括:

将从t_j时刻到t_j+1时刻的起重机控制系统的控制周期t作为计算负载摆动的足够小的时间间隔；

在每个控制周期t内，从所述起重机控制系统获取t_j时刻的绳长l_j、提升速度i_j以及平移加速度a_j，分别作为对应控制周期内绳长l、提升速度i以及平移加速度的近似值；

在每个控制周期t内利用线性化摆动方程的下列解以及t_j时刻的初始摆动角度θ_j和初始摆动角速度计算t_j+1时刻的负载摆动角度θ_j+1和摆动角速度

其中，g为重力加速度，t_j时刻的初始负载摆动角度θ_j和初始摆动角速度在前一个控制周期采用上述公式计算获得。

所述起重机控制系统通过位置传感器以及速度传感器获得绳长以及提升速度，且通过加速度给定获得平移加速度。

所述起重机控制系统通过提升速度给定、提升加速度给定以及初始绳长和初始提升速度计算得到绳长以及提升速度，且通过加速度给定获得平移加速度。

本方案还涉及一种起重机负载摆动的在线检测系统，其特征在于，包括：

时间控制单元，用于将从t_j时刻到t_j+1时刻的起重机控制系统的控制周期t作为计算负载摆动的足够小的时间间隔；

参数获取单元，用于在每个控制周期t内，从所述起重机控制系统获取t_j时刻的绳长l_j、提升速度i_j以及平移加速度a_j，分别作为对应控制周期内绳长l、提升速度i以及平移加速度的近似值；

计算单元，用于在每个控制周期t内利用线性化摆动方程的下列解以及t_j时刻的初始摆动角度θ_j和初始摆动角速度计算t_j+1时刻的负载摆动角度θ_j+1和摆动角速度

其中，g为重力加速度，t_j时刻的初始负载摆动角度θ_j和初始摆动角速度在前一个控制周期采用上述公式计算获得。

所述起重机控制系统通过位置传感器以及速度传感器获得绳长以及提升速度，且通过加速度给定获得平移加速度。