一种轮胎式起重机吊具旋转的控制方法及系统与流程

本公开属于机电设备控制领域，具体涉及一种轮胎式起重机吊具旋转的控制方法及系统。

背景技术：

在港口机械装卸领域，集装箱吊具的微动控制是至关重要的。微动功能的好坏直接会影响司机的作业效率。对于目前该行业最灵活、轻便、柔性的轮胎式起重机(rtg)而言，吊具微动功能直接决定着司机的抓放箱效率。因此rtg的吊具微动保持功能研究具有重大意义。

由于rtg的机械性能特殊性，防摇技术大多分为两种：一是电子防摇；二是四卷筒变频式主动防摇。基于上述的防摇形式，吊具的微动方式也较多。但是，重要的是设计者应该根据不同的防摇形式选择合适的微动方式。

发明人在研发过程中发现，现有吊具旋转保持的方法基本靠实际调试过程中根据不同的起升重量和高度描绘出各钢丝绳受力图，通过防摇变频器给定来保持吊具旋转角度，调试过程费时费力，角度保持的效果较差。尤其长时间使用后，旋转保持力矩给定值需要重新调整。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种轮胎式起重机吊具旋转的控制方法及系统，依据旋转不同角度，通过对四个防摇钢丝绳的位置建模分析，反推出两侧钢丝绳绳差与起升高度的关系，可以自动保持住吊具旋转角度，从而便于司机抓放集装箱作业。

本公开的第一方面的一种轮胎式起重机吊具旋转的控制方法的技术方案是：

一种轮胎式起重机吊具旋转的控制方法，该方法包括以下步骤：

获取实时起升高度、起升重量以及多个防摇钢丝绳的实际位置；

利用起升高度以及多个防摇钢丝绳的实际位置，计算吊具旋转零位位置；

根据旋转角度与起升高度、起升重量之间关系，计算吊具实际旋转角度；

基于起升高度与钢丝绳受力的关系，计算吊具旋转位置保持力矩差值调整系数；

根据起升高度、起升重量、吊具实际旋转角度和吊具旋转位置保持力矩差值调整系数，计算吊具旋转后保持的力矩；

获取多个防摇钢丝绳的实际力矩，根据多个防摇钢丝绳的实际力矩的大小和起升重量，计算吊具旋转力矩最大值；

根据吊具旋转零位位置、吊具实际旋转角度和吊具旋转后保持的力矩，计算多个防摇钢丝绳的实际输出力矩值，若防摇钢丝绳的实际输出力矩值大于吊具旋转力矩最大值，则控制防摇钢丝绳的输出力矩。

本公开的第二方面的一种轮胎式起重机吊具旋转的控制系统的技术方案是：

一种轮胎式起重机吊具旋转的控制系统，该系统包括：

数据获取模块，用于获取实时起升高度、起升重量以及多个防摇钢丝绳的实际位置；

吊具旋转零位位置计算模块，用于利用起升高度以及四个防摇钢丝绳的实际位置，计算吊具旋转零位位置；

吊具实际旋转角度计算模块，用于根据旋转角度与起升高度、起升重量之间关系，计算吊具实际旋转角度；

吊具旋转位置保持力矩差值调整系数计算模块，用于基于起升高度与钢丝绳受力的关系，计算吊具旋转位置保持力矩差值调整系数；

吊具旋转后保持的力矩计算模块，用于根据起升高度、起升重量、吊具实际旋转角度和吊具旋转位置保持力矩差值调整系数，计算吊具旋转后保持的力矩；

吊具旋转力矩最大值计算模块，用于获取多个防摇钢丝绳的实际力矩，根据多个防摇钢丝绳的实际力矩的大小和起升重量，计算吊具旋转力矩最大值；

输出力矩控制模块，用于根据吊具旋转零位位置、吊具实际旋转角度和吊具旋转后保持的力矩，计算多个防摇钢丝绳的实际输出力矩值，根据吊具旋转力矩最大值，控制防摇钢丝绳的输出力矩。

本公开的第三方面的一种计算机可读存储介质的技术方案是：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的轮胎式起重机吊具旋转的控制方法中的步骤。

本公开的第四方面的一种计算机设备的技术方案是：

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的轮胎式起重机吊具旋转的控制方法中的步骤。

通过上述技术方案，本公开的有益效果是：

(1)本公开鲁棒性强、无需额外增加图像传感器，成本低；

(2)本公开能够在吊具旋转时，实时控制防摇钢丝绳的力矩，同时，可根据负载的变化实时计算吊具旋转保持的力矩，无需人工介入，即可实时对吊具旋转保持控制，且控制效果较好。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。

图1是四卷筒变频式主动防摇机构的结构图；

图2是实施例一轮胎式起重机吊具旋转的控制方法的流程图；

图3是实施例三轮胎式起重机吊具旋转的控制系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

本实施例提供了一种轮胎式起重机吊具旋转的控制方法，依据旋转不同角度，通过对四个防摇钢丝绳的位置建模分析，反推出两侧钢丝绳绳差与起升高度的关系，可以自动保持住吊具旋转角度，从而便于司机抓放集装箱作业。

本实施例提出的轮胎式起重机吊具旋转的控制方法是基于四卷筒变频式主动防摇机构实现的。请参阅附图1，所述四卷筒变频式主动防摇机构包括两个起升电机1、两个起升卷筒2、两个起升绝对值编码器3、四个防摇电机4、四个防摇卷筒5和四个绝对值编码器，两个起升电机分别通过联轴节与减速机连接，减速机再经过联轴节与起升卷筒连接；防摇电机经过联轴节与防摇卷筒连接，每个防摇钢丝绳一端连接防摇卷筒，另一端连接起升卷筒；两个起升卷筒的末端上安装有绝对值编码器3，用于实时读取起升位置，四个防摇卷筒的末端分别安装绝对值编码器，用于实时读取防摇钢丝绳位置。

请参阅附图1，所述轮胎式起重机吊具旋转的控制方法包括以下步骤：

s101，获取起升高度，计算吊具旋转零位位置值。

具体地，所述步骤101的具体实现方式如下为：

s1011，获取起升高度以及四个防摇钢丝绳的实际位置，计算吊具旋转零位理论值。

具体地，所述步骤1011的具体实现方式如下：

获取安装在起升卷筒末端的绝对值编码器实时采集的起升高度位置h1；

根据起升高度与吊具旋转零位理论值关系，计算吊具旋转零位理论值aswd。其中，起升高度与吊具旋转零位理论值关系为：

aswd＝((((((a*h1-c1)*h1-c2)*h1-c3)*h1)+c4)*h1+c5))*h1+c6

其中，

s1012，将每个防摇钢丝绳的实际位置与吊具旋转零位理论值做差，可计算得到每个防摇钢丝绳的零位位置值。

获取安装在每个防摇卷筒末端的绝对值编码器实时测量的每个防摇钢丝绳的实际位置值。

s1013，获取每个防摇钢丝绳的零位位置实际测量值，将每个防摇钢丝绳的零位位置实际测量值与步骤s1012计算得到的每个防摇钢丝绳的零位位置值做差，得到每个防摇钢丝绳零位位置的差值。

在本实施例中，获取安装在每个防摇钢丝绳上的绝对值编码器实时测量的每个防摇钢丝绳的零位位置实际测量值。

s1014，将每个防摇钢丝绳零位的差值与设置的差值阈值相比，若防摇钢丝绳零位的差值小于等于设置的差值阈值，则可认为防摇钢丝绳的零位位置是吊具旋转零位位置值。

本实施例将每个防摇钢丝绳的零位位置与实时读取起升高度、防摇钢丝绳的实际位置进行实时比较、补偿，从而得到吊具旋转零位实时位置。

s102，获取起升高度、起升重量以及四个防摇钢丝绳的实际位置，计算吊具实际旋转角度。

具体地，所述吊具旋转角度的具体计算方法为：

s1021，根据旋转角度与起升高度、起升重量之间关系，计算吊具第一旋转角度和吊具第二旋转角度。

具体地，所述吊具第一旋转角度的计算方法为：

b5＝((((a*h1-c1)*h1+c2)*h1-c3)*h1-c4)*h1+c5

其中：b5表示吊具第一旋转角度。

具体地，所述吊具第二旋转角度的计算方法为：

b6＝((((a*h1-c1)*h1+c2)*h1-c3)*h1-c4)*h1+c5

其中：b6表示吊具第二旋转角度。

s1022，将吊具第一旋转角度和吊具第二旋转角度的差值与起升额定起重量相比，将该比值与起升实际重量相乘，将该乘积与吊具第二旋转角度相加，可得到吊具第三旋转角度。

s1023，获取安装在每个防摇卷筒末端的绝对值编码器实时测量的每个防摇钢丝绳的实际位置值，将第一防摇钢丝绳的实际位置值和第四防摇钢丝绳的实际位置值的和与第三防摇钢丝绳的实际位置值做差，将该差值与第二防摇钢丝绳的实际位置值做差，可以得到防摇钢丝绳旋转差值。

s1023，将防摇钢丝绳旋转差值与2倍吊具第三旋转角度相比，将该比值乘以5，可得到吊具实际旋转角度。

s103，根据实际起升高度，计算吊具旋转位置保持力矩差值调整系数。

具体地，根据起升高度与钢丝绳受力的关系，对吊具旋转位置保持力矩差值调整系数进行计算。所述吊具旋转位置保持力矩差值调整系数的计算公式如下：

其中，a＝10m,b＝18m,c＝0m；k表示吊具旋转位置保持力矩差值调整系数；h1表示起升实际高度。

s104，获取起升高度和起升重量，根据起升高度、起升重量、吊具实际旋转角度和吊具旋转位置保持力矩差值调整系数，计算吊具旋转后保持的力矩。

具体地，所述步骤104的具体实现方式如下：

s1041，根据吊具旋转后力矩差值与起升高度、吊具实际旋转角度、起升重量之间关系，计算吊具旋转后第一卷筒力矩差值和吊具旋转后第二卷筒力矩差值。

具体地，所述吊具旋转后第一卷筒力矩差值的计算方法为：

b10＝(((((a*h1)-c1)*h1+c2)*h1-c3)*h1+c4)*h1+c5

其中：b10表示第一吊具旋转后卷筒力矩差值。

具体地，所述吊具旋转后第二卷筒力矩差值的计算方法为：

b11＝(((((a*h1)-c1)*h1+c2)*h1-c3)*h1+c4)*h1+c5

其中b11表示吊具旋转后第二卷筒力矩差值。

s1042，将五分之一的具旋转后第一吊卷筒力矩差值与吊具实际旋转角度值相乘，得到吊具旋转后第三卷筒力矩差值；将五分之一的吊具旋转后第二卷筒力矩差值与吊具实际旋转角度值相乘，得到吊具旋转后第四卷筒力矩差值。

s1043，将吊具旋转后第三卷筒力矩差值与吊具旋转后第四卷筒力矩差值做差，将该差值的41倍与起升实际吊载重量相乘，将得到的乘积与吊具旋转后第四卷筒力矩差值求和，将得到的和值与上述计算得到的旋转位置保持力矩差值调整系数k相乘，得到吊具旋转后第五卷筒力矩差值。

s1045，根据吊具旋转实际角度和吊具旋转后第五卷筒力矩差值，计算吊具旋转后保持的力矩。

具体地，所述吊具旋转后保持的力矩的计算方法为：

其中：j1表示吊具旋转的目标角度；j表示吊具旋转的实际角度；t表示吊具旋转后保持的力矩；t5表示吊具旋转后第五卷筒力矩差值。

s105，获取四个钢丝绳卷筒实际力矩、起升载荷重量，计算吊具旋转力矩最大值。

具体地，根据旋转转矩的上限保护与载荷成正比关系，单个防摇卷筒力矩最大值tmax的计算方法为：

单侧防摇卷筒力矩最大值tmax_d为：

tmax_d＝(w*k1+k2)*k3÷k4*k5*k6

其中，k1＝0.125,k2＝1.342,k3＝0.8,k4＝4.3634,k5＝100％,k6＝2.0；w表示起升载荷重量；t1表示第一防摇钢丝绳卷筒实际力矩；t2表示第二防摇钢丝绳卷筒实际力矩；t3表示第三防摇钢丝绳卷筒实际力矩；t4表示第四防摇钢丝绳卷筒实际力矩。

s106，根据步骤101得到的吊具旋转零位位置值、步骤102得到的吊具实际旋转角度、步骤103得到的吊具旋转位置保持力矩差值调整系数、步骤104得到的吊具旋转后保持的力矩、步骤105得到的吊具旋转力矩最大值，控制调整吊具旋转角度和防摇钢丝绳的力矩，完成吊具旋转角度及力矩保持。

具体地，根据步骤101得到的吊具旋转零位位置值、步骤102得到的吊具实际旋转角度、步骤103得到的吊具旋转位置保持力矩差值调整系数、步骤104得到的吊具旋转后保持的力矩、步骤105得到的吊具旋转力矩限制保护值，计算四个防摇电机的实际输出力矩值，同时分别将该力矩值实时反馈给四卷筒变频式主动防摇机构上的驱动防摇电机的变频器，从而得到变频器输出的力矩值，进而实现四卷筒变频式主动防摇机构自动的循环控制，实时控制防摇电机的力矩，即控制防摇钢丝绳的力矩，完成吊具旋转角度的自动保持。

实施例二

请参阅附图2，本实施例提供一种轮胎式起重机吊具旋转的控制系统，该系统包括：

数据获取模块，用于获取实时四卷筒变频式主动防摇机构采集的起升高度、起升重量以及多个防摇钢丝绳的实际位置；

吊具旋转零位位置计算模块，用于利用起升高度以及四个防摇钢丝绳的实际位置，计算吊具旋转零位位置；

吊具实际旋转角度计算模块，用于根据旋转角度与起升高度、起升重量之间关系，计算吊具实际旋转角度；

吊具旋转位置保持力矩差值调整系数计算模块，用于基于起升高度与钢丝绳受力的关系，计算吊具旋转位置保持力矩差值调整系数；

吊具旋转后保持的力矩计算模块，用于根据起升高度、起升重量、吊具实际旋转角度和吊具旋转位置保持力矩差值调整系数，计算吊具旋转后保持的力矩；

吊具旋转力矩最大值计算模块，用于获取多个防摇钢丝绳的实际力矩，根据多个防摇钢丝绳的实际力矩的大小和起升重量，计算吊具旋转力矩最大值；

输出力矩控制模块，用于根据吊具旋转零位位置、吊具实际旋转角度和吊具旋转后保持的力矩，计算多个防摇钢丝绳的实际输出力矩值，根据吊具旋转力矩最大值，控制防摇钢丝绳的输出力矩。

具体地，所述数据获取模块具体用于：

获取起升高度以及四个防摇钢丝绳的实际位置，计算吊具旋转零位理论值；

将每个防摇钢丝绳的实际位置与吊具旋转零位理论值做差，可计算得到每个防摇钢丝绳的零位位置值；

获取每个防摇钢丝绳的零位位置实际测量值，将每个防摇钢丝绳的零位位置实际测量值与、计算得到的每个防摇钢丝绳的零位位置值做差，得到每个防摇钢丝绳零位位置的差值；

将每个防摇钢丝绳零位的差值与设置的差值阈值相比，若防摇钢丝绳零位的差值小于等于设置的差值阈值，则可认为防摇钢丝绳的零位位置是吊具旋转零位位置值。

具体地，所述吊具实际旋转角度计算模块具有用于：

根据旋转角度与起升高度、起升重量之间关系，计算吊具第一旋转角度和吊具第二旋转角度；

将吊具第一旋转角度和吊具第二旋转角度的差值与起升额定起重量相比，将该比值与起升实际重量相乘，将该乘积与吊具第二旋转角度相加，可得到吊具第三旋转角度；

获取安装在每个防摇卷筒末端的绝对值编码器实时测量的每个防摇钢丝绳的实际位置值，将第一防摇钢丝绳的实际位置值和第四防摇钢丝绳的实际位置值的和与第三防摇钢丝绳的实际位置值做差，将该差值与第二防摇钢丝绳的实际位置值做差，可以得到防摇钢丝绳旋转差值。

将防摇钢丝绳旋转差值与2倍吊具第三旋转角度相比，将该比值乘以5，可得到吊具实际旋转角度。

具体地，所述吊具旋转后保持的力矩计算模块具体用于：

根据吊具旋转后力矩差值与起升高度、吊具实际旋转角度、起升重量之间关系，计算吊具旋转后第一卷筒力矩差值和吊具旋转后第二卷筒力矩差值；

将五分之一的具旋转后第一吊卷筒力矩差值与吊具实际旋转角度值相乘，得到吊具旋转后第三卷筒力矩差值；将五分之一的吊具旋转后第二卷筒力矩差值与吊具实际旋转角度值相乘，得到吊具旋转后第四卷筒力矩差值；

将吊具旋转后第三卷筒力矩差值与吊具旋转后第四卷筒力矩差值做差，将该差值的41倍与起升实际吊载重量相乘，将得到的乘积与吊具旋转后第四卷筒力矩差值求和，将得到的和值与上述计算得到的旋转位置保持力矩差值调整系数k相乘，得到吊具旋转后第五卷筒力矩差值；

根据吊具旋转实际角度和吊具旋转后第五卷筒力矩差值，计算吊具旋转后保持的力矩。

本实施例提出的轮胎式起重机吊具旋转的控制系统，鲁棒性强、无需额外增加图像传感器，成本低；能够在吊具旋转时，实时控制防摇钢丝绳的力矩，同时，可根据负载的变化实时计算吊具旋转保持的力矩，无需人工介入，即可实时对吊具旋转保持控制，且控制效果较好。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图2所示的轮胎式起重机吊具旋转的控制方法中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如图2所示的轮胎式起重机吊具旋转的控制方法中的步骤。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。