[发明专利]一种控制天车防摇的方法

权利要求书

1.一种控制天车防摇的方法，其特征在于：通过防摇摆控制装置实现，防摇摆控制装置包括测角度仪、防摇摆控制器、天车PLC，上述各模块之间通过通讯连接，测角度仪通过有线方式连接到天车PLC中，防摇摆控制器直接接入天车PLC的PLC柜中，测角度仪安装在天车和钩头上；

本方法的控制过程为：测角度仪测量天车摇摆偏角数据，防摇摆控制器根据测角度仪测得的天车在XY轴晃动角度来计算出控制天车停摆的最佳速度值，天车PLC不再需要单独计算天车速度，而是直接将防摇摆控制器给出的最佳速度值传递到变频器，通过变频器控制天车的大车和小车速度，实现对天车的自动控制；

包括如下步骤：

S1、定义夹角：

天车实际运行中，吊具速度变化会迟滞于大车、小车速度变化，导致吊具的摇摆，在吊物不升降的情况下，小车或大车单独运行时，吊物的运行轨迹类似于单摆运动；在吊物不升降的情况下，大车、小车同时运行时，吊物运行轨迹类似在两个垂直平面里做单摆运动的复合运动；在吊物上升或下降并且大车、小车同时运动时，吊物运行轨迹类似球冠面的圆周摆运动，因此控制了夹角就能控制天车吊物的摇摆幅度，夹角θ可以分别沿x轴和y轴分解成θx和θy，θx是大车运行方向上的摆动夹角；θy是小车运行方向上的摆动夹角，通过对夹角θ、θx和θy的分析，结合大车、小车运行的实际情况，得出θx和θy之间的运动是相互独立和同效的，在吊物不上升或下降的情况下，可以选取其中一个方向研究该吊物系统；

S2、建立拉格朗日系统方程来研究天车吊物系统的数学模型，以小车运动方向为例：

S21、理想状态下，对数学模型进行理想的假设，具体如下：

S211.不考虑风载荷和空气阻力；钢丝绳质量为零；不考虑桥架主梁的下绕；

S212.大车、小车不同时运行，只考虑小车运行对吊物的影响；

S213.钢丝绳不可拉伸，在任何情况下不会伸长；

S214.吊钩滑轮组和吊物看作一个质点，忽略其体积大小；

S22、在建立拉格朗日系统方程之前，将数学模型所需的参数进行整理：

小车位移为x、起升钢丝绳长度为l、吊物摆角为θy，

小车位置坐标为(y，0)，吊物系统中有以下关系：

y_m＝y+lsinθ_y z_m＝-lcosθ_y

其中Ym、Zm分别为表示吊物m在坐标系中Y轴与Z轴的坐标值；

吊物m沿y和z轴的速度分量为：

系统动能为：

选取点O为零势能点，可推出系统势能方程为：

V＝-mglcosθ_y

通过分别建立小车位移x、起升钢丝绳长度l、吊物摆角θy的拉格朗日系统方程计算得到天车防摇摆的动力方程组：

S23、设定模型的绳长参数l在吊物随小车运行时保持不变，绳长变化速度和加速度为零，并考虑到小车与轨道运行摩擦力f，f与小车速度近似呈线性关系，则动力方程组可以简化为：

S24、定义摆角中心值β与加速度a存在的关系

设摆角中心值为β，经仿真可发现β与加速度a存在如下关系：tanβ＝-a/g，对上述拉格朗日系统方程进一步分析，作三角转换，则可得如下方程：

取可进一步化为：

对比单摆运动方程在绳长固定、加速度输入为常量时，本系统的这种摆动其实是一种单摆的等效运动，等效单摆周期近似为：

S25、将加速过程宏观上分为三个阶段：

第一阶段在零初始条件下，根据限制摆角给出系统的加速度a1；半个周期后，在摆角处于最大值时将加速度改为a2，保持时间由期望的中间匀速阶段速度决定；第三个阶段将加速度变回a1,持续半个周期后结束加速过程；

设加速过程三个阶段的时长分别为T1、T2、T3，对应的加速度分别为a1、a2、a3，第三阶段T3＝T1，a3＝a1，行驶距离为X_加；中间匀速过程速度为V_匀，持续时间为T，行驶距离为X_匀；减速过程为加速过程的逆过程，所以X_减＝X_加；当给定总的行驶距离X_总，限定最大摆角θ以及期望的匀速过程速度时，可以对整个运动过程给出运动规划；

S26、在天车小车及钩头上安装防摇摆控制装置，防摇摆控制装置在天车移动过程当中，通过测角度仪得到的天车晃动角度来计算天车最佳速度，防摇摆控制器产生的最佳速度传递到天车PLC，天车PLC不再需要单独计算天车速度，直接将防摇摆控制器给出的速度值传递到变频器即可控制天车的大车、小车速度，防摇摆控制器保证天车平稳运行到目标位。