一种智能起重机的电子防摇方法与流程

本发明涉及起重机技术领域，特别涉及一种智能起重机的电子防摇方法。

背景技术：

起重机在运行时，吊重摇摆严重，影响了作业效率并且存在安全隐患。目前，常用开环和闭环控制技术实现吊运设备防摇摆控制。开环控制方法主要包括基于输入整形的定位防摇摆控制和基于轨迹规划的定位防摇摆控制。实现防摇摆的闭环控制方法有例如反馈线性化、增益调度控制、滑模控制、预测控制、模糊控制、神经网络控制、无源性控制等控制方式。

然而，现有技术的防摇控制方法均是针对人工操作的起重机设计，尚未有针对智能起重机提供的电子防摇控制方案。智能起重机可根据工艺要求在三维空间内完成物料移动、搬运等动作，无需人工操作。运行路径规划和柔性升降系统的防摇摆定位控制是实现起重机运行的必要条件。系统在工作过程中，大、小车加减速以及负载的提升都会使负载出现来回摆动，不仅影响系统作业效率，还会引发事故。对于障碍物地点固定不变的吊装和搬运环境，采用静态路径规划即可满足要求。但是，当环境中的障碍物不能事先确定或多台子系统混合作业时，需要采用动态路径规划的方法在线实时得到安全的路径。为此，提出一种起重机电子防摇方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种智能起重机的电子防摇方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种智能起重机的电子防摇方法，包括：步骤1，测量起重机的负载质量，测量负载的绳长；步骤2，根据输入信号获取待搬运货物的当前位置和目标位置，根据所述输入的当前位置和目标位置规划货物的搬运路径；步骤3，根据所述负载质量、绳长和搬运路径长度计算最大加速度和运行速度，获得时间最优的速度控制曲线；步骤4，检测起重机在搬运路径中的位置，确定起重机当前的运行状态，所述运行状态包括：加速运行、匀速运行以及减速运行；步骤5，根据所述运行状态以及相应的所述速度控制曲线，通过变频器控制电机的变速运行实现起重机的电子防摇。

作为本技术方案的进一步优选的：步骤3进一步包括，根据所述速度控制曲线分别计算搬运路径中加速运行、匀速运行以及减速运行的距离，并标记出搬运路径中运行状态转换的点。

作为本技术方案的进一步优选的：在步骤5中，对于加速运行的状态采用位移补偿控制来设置预设的速度控制曲线。

作为本技术方案的进一步优选的：在步骤5中，对于匀速运行的状态采用动态追踪控制来设置预设的速度控制曲线。

作为本技术方案的进一步优选的：在步骤5中，对于减速运行的状态采用速度补偿控制来设置预设的速度控制曲线。

作为本技术方案的进一步优选的：步骤4进一步包括，比较预期的搬运路径以及起重机的当前位置，当偏离超出预定值时，发出警报提示。

作为本技术方案的进一步优选的：步骤5进一步包括，检测起重机的当前摆角，当摆角大于预定值时，发出警报提示。

作为本技术方案的进一步优选的：在步骤3中，通过最优速度控制曲线神经网络拟合获得时间最优的速度控制曲线。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：(1)在智能起重机中采用本发明的电子防摇的方法，无需增加机械防摇装置，结构更加简单，能够节约成本且便于维护；(2)本发明的智能起重机的电子防摇方法与搬运路径规划相结合，实现动态路径规划；(3)根据智能起重机的不同运行状态相应采用不同的预设的速度控制曲线，在实现防摇的同时，最大限度的优化运行时间。

附图说明

图1为本发明的智能起重机的电子防摇方法工作流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例

本发明提供一种智能起重机的电子防摇方法。以下说明本发明起重机的电子防摇方法的具体实施方式及工作原理。

起重机通常包括大车、小车、起升机构和导轨。通过对起重机的运行特点和对运行大、小车、吊重单自由度动力学的计算与分析，得知大、小车在做恒加速运动时，吊重的摆动规律是跟非惯性系下单摆运动规律相同的，大、小车在恒加速运动和匀速运动之间切换时，前一状态结束时刻的摆速值不变，摆角转换为新的摆动平衡位置下的摆角后继续做单摆运动。通过分析仿真，可以很好的模拟大、小车在恒加速和匀速运行之间切换时吊重的摆动规律。据此，首先需要测量起重机的负载质量以及负载的绳长，从而根据所述负载质量、绳长以及吊重的最大加速度和运行速度，来计算吊重的摆动规律。现有技术中，通常采用的起重机防摇系统的理论模型是根据拉格朗日方程的方法建立起的动力学系统的二维或者三维的数学模型。

通过对非惯性系坐标吊重摆动方式进行计算和分析，制定了起重机分别在运行过程中、满载运行前和到达指定位置制动后三种情况下的消摆策略。最终得知：合理控制加速度偶的加速时间、间隔时间，可以有效消除吊重摆角。该系统系基于变频调速技术，利用加速度偶来消摆的时间最优的消摆策略，并对消摆过程中大、小车运行距离进行计算从而有利于大、小车定位。根据以上分析，可将起重机分为三种运行状态：加速运行、匀速运行以及减速运行，分别设定相应的预设的速度控制曲线。具体的，可以采用位移补偿控制、动态追踪控制和速度补偿控制来设置预设的速度控制曲线。

在位移补偿控制和速度补偿控制中，变频器控制大车电机、小车电机，对吊重的摆动进行补偿。具体的补偿量由模糊pid控制算法决定。pid控制算法的具体参数、补偿机制均属于常规的技术，在此不做赘述。在动态追踪控制中，通过光学设备(通常为摄像头)，持续追踪吊重的目标，获得其动态参数，plc根据参数计算预期运动路线，并将防摇指令发送给变频器，变频器根据指令完成动态调整。上述典型的动态追踪控制还可以采用例如西门子的simocranecesarstandalone电子防摇系统实现。

在根据输入信号获取待搬运货物的当前位置和目标位置后，具体的搬运路径规划方法如下：首先载入预存的环境信息，将输入信号的当前位置和目标位置作为起点和终点进行路径搜索，获得最优路径。其中环境信息可采用二维栅格模型图，并且其中包括了障碍物信息。此外，在生成最优路径后，即可根据所述速度控制曲线分别计算搬运路径中加速运行、匀速运行以及减速运行的距离，并标记出搬运路径中运行状态转换的点。在现有技术中，最优速度控制曲线通常采用经典最优控制、近似最优控制或强最优控制来获得。此外，还可以通过最优速度控制曲线神经网络拟合获得时间最优的速度控制曲线。

本实施例中，具体的：在运行过程中，为了防止起重机偏离预设路径，还可以比较预期的搬运路径以及起重机的当前位置，当偏离超出预定值时，发出警报提示。

本实施例中，具体的：在运行过程中，检测起重机的当前摆角，当摆角大于预定值时，发出警报提示。

本发明的起重机的电子防摇方法工作原理如下：起吊前阶段，测量起重机的负载质量，测量负载的绳长；输入待搬运货物的当前位置和目标位置；起重机的路径规划系统根据待搬运货物的当前位置和目标位置规划货物的搬运路径；根据负载质量、绳长和搬运路径长度计算最大加速度和运行速度，获得时间最优的速度控制曲线。以上准备工作完成后，起重机开始执行吊运，在吊运过程中，根据货物的搬运路径确定起重机在搬运路径中的运行状态，所述运行状态包括：加速运行、匀速运行以及减速运行；根据所述运行状态以及相应的所述预设的速度控制曲线，通过变频器控制电机的变速运行实现起重机的电子防摇。在运行过程中，比较预期的搬运路径以及起重机的当前位置，当偏离超出预定值时，发出警报提示。同时，还检测起重机的当前摆角，当摆角大于预定值时，发出警报提示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。