[发明专利]一种加速时间可调的起重机防摇控制方法

说明书

本发明公开了一种加速时间可调的起重机防摇控制方法，包括建立吊重摆角的数学模型，设计起重机的加速度信号，该加速度信号中包含未知系数，设计起重机的最大速度和加速时间，求解起重机加速度信号的未知系数，使设计的加速度信号在加速时间结束时，输入整形控制器的吊重残余摆动的幅值为零，将最终的起重机加速度信号输入至整形控制器。本发明能够针对不同工况，选择合适的加速时间和最大运行速度，结合吊重摆长设计整形控制器对起重机进行控制，在加速完成时实现吊重零摆动，进一步提高了起重机的工作效率。

技术领域

本发明涉及一种加速时间可调的起重机防摇控制方法，属于起重机控制技术领域。

背景技术

起重机作为一种重要的物料搬运设备，经常被用来执行重要的、具有挑战性的操作任务，如建设桥梁，大坝和高层塔楼等。通常情况下，起重机能够快速、平稳、精确地转运重物。但是，起重机在启动和制动过程会引起吊重较大幅度的摆动，这些摆动可能会对生产过程造成很大的危险，导致生产过程延迟或维护成本增加。

起重机控制研究的主要目标是在搬运过程结束时减少或消除残余摆动，减少调整时间和增强安全运行条件。研究人员尝试通过各种控制技术来实现这些目标。其中，反馈控制由于对系统的不确定性具有鲁棒性而被广泛采用。然而，反馈控制的主要缺点之一就是需要改变系统的物理结构，增加额外的传感器或执行元件。另一种控制方法是开环控制，代表性的就是输入整形技术，该方法对现有系统几乎不用改变，因此被广泛应用于起重机等柔性系统的振动抑制。

输入整形法是将正常使用的参考命令，在一定的时间内，对一系列脉冲进行卷积，通过多次加速来减少残余摆动。在传统的输入整形法中，脉冲序列的周期固定，必须匹配系统的模态参数，严重依赖系统的周期。参考指令通常恒定，经过卷积计算所得到的整形指令是一系列阶跃函数，频繁的阶跃加速将引起执行元件抖动，这些现象是执行元件能量冲击的表现，对执行元件的性能和使用寿命都是不利因素。随着电子调速电路的发展，S曲线、三角函数、高斯函数和凸轮多项式等平滑特性被用于输入整形。这些特性引入了低通滤波效应，使残余振动大幅减少，但同时也造成了很大的上升时间损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种加速时间可调的起重机防摇控制方法，允许自由选择加速阶段的持续时间和最大设计速度，结合吊重摆长设计整形控制器，实现转运过程结束吊重零摆动，进一步提高了起重机的工作效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种加速时间可调的起重机防摇控制方法，包括以下步骤：

1)建立吊重摆角的数学模型；

2)设计起重机的加速度信号；

3)根据起重机的最大速度和加速时间，求解起重机加速度信号的未知系数；

4)将最终的起重机加速度信号输入至整形控制器。

前述的步骤1)，吊重摆角的数学模型为：

其中，θ为吊重的摆角，u为起重机小车的位移，为起重机小车加速度，l为吊重钢丝绳的长度，g为重力加速度，

当吊重钢丝绳的长度不变时，吊重摆角的数学模型简化为：

其中，为吊重摆动自然频率。

前述的步骤2)，设计起重机的加速度信号为：

其中，τ为加速时间，t为时间变量，A、B为未知系数。

前述的系数A的求解过程为：对所述步骤2)设计的起重机的加速度信号在加速时间内进行积分，得出起重机速度的最大值：v_max＝Aτ，

根据起重机的最大速度和加速时间，确定常数A为：