[发明专利]一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法

说明书

本发明提供一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法，与传统能量控制桥式起重机定位消摆的耦合控制量相比，负载能量耦合控制利用负载位移误差信号，耦合摆角信息，合理增加部分模型参数反馈，实现了负载能量耦合控制调节参数少，位移变化平滑，响应速度快的控制效果；并且台车能够准确到达指定位置，大幅度提升定位性能；同时，负载的摆动能够得到有效抑制，最终实现定位消摆控制，抵抗外界干扰。为自动化起重设备的安全、快速、准确、稳定运输货物提供参考。

技术领域

本发明属于桥式起重机控制技术领域，具体涉及一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法。

背景技术

桥式起重机作为运输机械，服务于港口吊运、仓库调度以及制造装配等国民经济建设的诸多领域，并发挥着极其重要的作用。桥式起重机运输过程中，由于台车牵引吊绳引起负载惯性摆动以及外界不确定扰动的影响，直接导致桥式起重机的运输效率降低，并伴随着安全隐患，极大地影响安全生产作业。因此，桥式起重机的性能必须不断的提升与优化，以满足高速、安全、稳定的生产建设需求。

现阶段桥式起重机操作主要依赖人工实践经验，即工作人员通过日常操作经验积累，对设备的性能状况以及运行环境逐渐的熟悉了解，不断试错与修正，最终实现货物定点投送时的定位防摆控制。此方法需要工人长期地摸索与实践，若发生设备更换或者人员调动，则会极大影响生产效益。而且生产环境的复杂性有时是人为无法预知和及时应对的，特别是在恶略天气和危险环境中工作，如港口、铸造车间、核反应堆等人们无法靠近的场所，需要同时满足人身安全和运送精度，对操作人员的要求更加苛刻，提高了桥式起重机的使用难度。为代替人工控制方法，基于传统能量的定位防摆策略被广泛研究，但其控制效果不够理想；因此，需要高精度的定位防摆策略，避免人工直接参与发生危险，降低人的依赖度与劳动强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆方法，将运用机器人技术的灵活性与自动化技术的高效性相融合，并应用到桥式起重机系统上，更好地替代技术工人的经验操作，不断降低人为因素带来的误差，解决人工控制方法无法应对苛刻环境的不足，提高运转效率与稳定性，改善传统定位防摆控制策略的精度，实现桥式起重机负载吊运时高效的定位防摆控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法，该消摆控制方法将负载的位移、摆角信息与绳长量耦合到台车位移的控制量，并构建基于负载的能量函数，形成闭环控制系统，减少可调节参数，实现桥式起重机高效定位消摆的控制。

进一步的，该消摆控制方法包括以下步骤：

步骤一、建立简化的桥式起重机模型：桥式起重机在运输负载的过程中，为保证运输安全性，吊绳长度一般不变，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数学模型：

式(1)和式(2)中：F(t)表示作用到台车上的合力，x(t)表示台车水平方向位移，表示台车运行加速度，θ(t)表示负载摆角，负载摆角θ(t)∈(-π/2，π/2)，与分别表示负载摆动的角速度与角加速度，g是重力加速度；

对式(2)化简可得：

将式(1)、(2)转换，可得

式中：q(t)＝[x(t)，θ(t)]^T，M(q)、G(q)及u分别表示惯量矩阵、向心-柯氏力矩阵、重力向量及控制向量，具体表达式如下所示：

G(q)＝[0 mlg sin(θ(t))]^T