桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法及系统与流程

本发明涉及桥式起重机技术领域的大车安全控制，尤其涉及桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法及系统。

背景技术：

桥式起重机是一种架设于厂房内或室外的起重运输装置，形状似桥，又被称为行车。在现代化大生产中，桥式起重机已成为许多工矿企业必不可少的生产设备。它由一根或两根主梁以及两根端梁组成桥架，架设于铺设在承轨梁上的轨道之上运行，一般装有4个车轮(载荷大时会装有6个或8个车轮)。桥式起重机在工业生产中获得了非常广泛的应用，是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。

由于桥式起重机在使用过程中具有跨度大、水平刚度低、零件多、安装过程复杂的特点，而且传动机构的安装精度难以完全保证，特别是运行频繁的起重机，其传动机构的积累误差更大，再加上实际工作时会遇到各种复杂情况，因此桥式起重机在运行时难免会有不同程度的跑偏或啃轨的现象出现，严重时桥式起重机的车轮轮缘和轨道就会产生接触，相互挤压摩擦。

桥式起重机发生跑偏现象有以下几个主要原因：从大车车身误差考虑，车轮加工制造存在误差、磨损导致车轮直径误差、传动机构安装误差以及转速误差、跨度大导致的桥架偏差以及水平刚性不足；从轨道结构考虑，轨道直线性和平整性不足、轨道支撑刚性不足；另外，在运行过程中，大车两侧负载不一致或者小车的移动导致两侧负载不一致都会导致偏差出现。大车跑偏会对桥式起重机造成非常大的危害，它极大地威胁着起重机的安全运行，也增加了运行维护费用。因此，对桥式起重机大车实行纠偏控制非常必要。

在许多大型工矿企业的生产中，桥式起重机的运用非常普遍，它是其生产过程中最为关键的部分，在生产过程中产生跑偏现象的频率也非常高，严重影响着其生产的生产安全性以及生产效率。综上所述，起重机运行机构的跑偏现象不容忽视，对桥式起重机的纠偏控制进行深入研究具有非常重大的实际意义。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法及系统，以解决现有起重机运行机构的跑偏危害桥式起重机的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法，包括以下步骤：

S1：大车行走过程中，实时检测大车两侧的实时位移信号；

S2：将大车两侧的实时位移信号进行比较，将得到位移差值；

S4：将位移差值作为控制信号，控制大车两侧的行进速度和位移使两侧偏差得到调整。

作为本发明的进一步改进：

步骤S2完成后，步骤S4进行之前，方法还包括：

步骤S3：判断位移差值的变化是否超出预设差值范围，当超出差值预设范围时，转入步骤S4。

步骤S4包括以下步骤：

S401：将位移差值作为控制信号，输入纠偏控制器，纠偏控制器采用神经网络自适应优化控制算法进行参数优化；

S402：将纠偏控制器得到的输出输送给大车两侧变频器，调整两侧变频器频率，改变两侧电机转速，进而调整大车两侧行进速度和位移使两侧偏差得到调整。

步骤S402完成后，步骤S4还包括：

S403：控制器进行实时循环纠偏调整，使大车两侧速度差和位移差控制在预设差值范围内。

控制器进行实时循环纠偏调整，包括对左侧电机和右侧电机进行实时速度检测，检测结果返回纠偏控制器，用于作为循环纠偏调整的速度基础。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制系统，包括：

检测模块，用于大车行走过程中，实时检测大车两侧的实时位移信号；

比较模块，用于将大车两侧的实时位移信号进行比较，将得到位移差值；

纠偏控制器，用于将位移差值作为控制信号，控制大车两侧的行进速度和位移使两侧偏差得到调整。

作为本发明的系统的进一步改进：

系统还包括：

判断模块，用于判断位移差值的变化是否超出预设差值范围，当超出差值预设范围时，将位移差值作为控制信号输入纠偏控制器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法和系统，直接获取大车两侧实时位移，通过计算两侧位移差来进行纠偏控制从而改变两侧车轮速度，最终实现控制两侧位移差的目的，以此来避免桥式起重机在行走中产生严重跑偏的问题。可以有效解决桥式起重机大车行走时的跑偏问题，改善桥式起重机在运行时的平稳性，降低维护成本，提高生产效率。

2、在优选方案中，本发明的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法，在深入了解到桥式起重机大车运行机理的基础上，基于交叉耦合控制思想，利用神经网络自适应优化控制算法对纠偏过程进行控制，实现将两侧位移差的控制在预设范围内的目的。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例的纠偏控制系统的原理框图；

图3是本发明优选实施例的交叉耦合控制原理示意图；

图4是本发明优选实施例的在纠偏控制系统的作用下的位移差变化曲线示意图；

图5是本发明优选实施例的在纠偏控制系统的作用下的速度差变化曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法，包括以下步骤：

S1：大车行走过程中，实时检测大车两侧的实时位移信号；

S2：将大车两侧的实时位移信号进行比较，将得到位移差值；

S4：将位移差值作为控制信号，控制大车两侧的行进速度和位移使两侧偏差得到调整。

直接获取大车两侧实时位移，通过计算两侧位移差来进行纠偏控制从而改变两侧车轮速度，最终实现控制两侧位移差的目的，以此来避免桥式起重机在行走中产生严重跑偏的问题。可以有效解决桥式起重机大车行走时的跑偏问题，改善桥式起重机在运行时的平稳性，降低维护成本，提高生产效率。

在实际应用中，在上述步骤的基础上，本发明还可增加以下步骤进行优化，下面说明一个优化后的实施例：

参见图1，本实施例的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法，包括以下步骤：

S1：大车行走过程中，实时检测大车两侧的实时位移信号X₁、X₂。

S2：将大车两侧的实时位移信号进行比较，将得到位移差值ΔX。

S3：判断位移差值的变化是否超出预设差值范围，当超出差值预设范围时，转入步骤S4；否则不作用，继续实时检测其位移差变化。

S4：当纠偏控制开始作用时，将位移差值ΔX作为控制信号，采用神经网络自适应优化控制算法进行参数优化，控制大车两侧的行进速度和位移使两侧偏差得到调整。具体如下：

S401：将位移差值作为控制信号，输入纠偏控制器，纠偏控制器采用神经网络自适应优化控制算法进行参数优化；神经网络自适应控制算法体现于：本发明采用神经网络自适应控制器，神经网络控制算法运用在该非线性控制系统中能很好地优化其控制参数，不断在线进行优化计算调整，使控制效果达到最优。

神经网络自适应控制具体实现过程如下：

1)先将输送进来的位移差信号ΔX作反向处理，得到偏差error，在此基础上对其积分，得到error_1，再积分，得到error_2，此处3个偏差变量将运用在参数自整定计算当中；

2)利用error变量分别对PID3个参数进行整定，在该整定过程中，利用到输出参数u_1，该参数为对输出参数out的积分，因此，这是一个在线循环整定的过程，不断调整控制器输出，使控制效果更佳；

3)将整定后的PID3个参数相加得到运算参数w_add，此参数将运用到下一步的计算当中；

4)利用整定后的PID3个参数、w_add、error、error_1、error_2进行计算得到输出参数out；

5)最后将输出参数out与设定好的频率调整量freq_cmd进行计算得到最终输出值。

S402：将纠偏控制器得到的输出输送给大车两侧变频器，调整两侧变频器频率，改变两侧电机转速，进而调整大车两侧行进速度和位移使两侧偏差得到调整。

S403：控制器进行实时循环纠偏调整(参见图2，控制器进行实时循环纠偏调整，包括对左侧电机和右侧电机进行实时速度检测，检测结果返回纠偏控制器，用于作为循环纠偏调整的速度基础。)，使大车两侧速度差和位移差控制在预设差值范围内。

根据控制要求和控制策略，得到纠偏控制系统的控制框图如图2所示。参见图2，本实施例的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制系统，包括检测模块、比较模块和纠偏控制器，检测模块用于大车行走过程中，实时检测大车两侧的实时位移信号；比较模块用于将大车两侧的实时位移信号进行比较，将得到位移差值；纠偏控制器用于将位移差值作为控制信号，控制大车两侧的行进速度和位移使两侧偏差得到调整。本实施例采用交叉耦合控制策略，该控制策略体现于：交叉耦合控制方法对大车两侧实现同步控制，将位移差作为纠偏控制器的输入信号，控制器输出同时控制大车两侧偏差变化，实现大车两侧良好的同步性和实时性，交叉耦合控制原理图如图3所示。

本实施例中，纠偏控制器与比较模块之间还连接有判断模块，判断模块用于判断位移差值的变化是否超出预设差值范围，当超出差值预设范围时，将位移差值作为控制信号输入纠偏控制器。

利用本实施例进行纠偏控制实例：桥式起重机在行走过程中，行走1秒时负载转矩从200Nm变成180Nm，该干扰因素使两侧速度和位移发生变化，此时纠偏控制产生作用，在纠偏控制系统的作用下控制器参数变化曲线和速度差、位移差变化曲线如图4、图5所示。

从图4、图5可以看出，控制响应速度快，起重机两侧速度波动极小，很稳定，两侧位移调整时间减小，仅约5s即可完成，控制效果良好。运用此纠偏控制方法有效解决了桥式起重机运行时的跑偏问题，改善了桥式起重机在运行时的平稳性，降低了维护成本，提高了生产效率。

综上可知，本发明的桥式起重机大车行走过程中的纠偏控制方法，在深入了解到桥式起重机大车运行机理的基础上，基于交叉耦合控制思想，利用神经网络自适应优化控制算法对纠偏过程进行控制，实现将两侧位移差的控制在预设范围内的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。