吊重系统防摇的控制方法、设备和可读存储介质与流程

1.本发明吊重系统防摇控制技术领域，具体涉及一种吊重系统防摇的控制方法、设备和可读存储介质。


背景技术：

2.目前，在吊重系统比如桥式起重机或者塔机变幅机构的小车工作过程中，小车和小车悬挂的的吊钩具有速度差，当小车停止时，吊钩会惯性产生摆动，且很长时间才能停止摆动，而只有当吊钩摆动停止之后才能继续工作，因此吊钩的惯性摆动较大的影响了吊重系统的工作效率。防止吊钩摇摆的方法主要分为硬件方法和软件方法。硬件防摇方法的是利用安装在起重设备防摇装置本身的刚性或增加阻尼来抑制钢丝绳及吊钩摆动。软件防摇又分闭环防摇和开环防摇方法，闭环防摇方法需要安装传感器检测吊钩摆角，通过反馈控制使摆角减小。开环防摇方法可以不安装额外的防摇硬件或摆角传感器进行防摇控制，主要基于给定速度曲线、状态反馈、模糊控制、最优控制等理论方法实现。
3.然而传统防摇方法中，若采用硬件防摇方法则需要额外安装防摇硬件，增加了系统成本，并且防摇硬件容易损坏。若采用闭环防摇方法，又需要额外安装传感器来检测吊钩摆角及角速度，同样增加了系统成本；若采用开环防摇方法，又需要最优控制理论，状态反馈，模糊控制等相对复杂的理论，实现比较复杂。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种吊重系统防摇的控制方法、设备和可读存储介质，旨在解决吊重系统中小车吊钩防摇成本较高的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种吊重系统防摇的控制方法，该方法包括以下步骤：
6.将输入频率作为输入信号输入整形控制器，以得到实际频率，所述实际频率包括多个存在时滞的脉冲信号；
7.将所述实际频率输入驱动控制器，以使驱动控制器按实际频率控制变频器工作。
8.可选地，根据小车速度和变频器的输入频率的对应关系构建传递函数，并基于所述传递函数，执行步骤：将输入频率作为输入信号输入整形控制器。
9.可选地，根据所述对应关系和小车的吊重系统的系统运动方程，计算得到具有变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系式；
10.根据所述具有变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系式构建传递函数。
11.可选地，所述小车速度和变频器输入频率的关系为：
12.v＝k*f；
13.所述系统运动方程为：
[0014][0015]
[0016]
所述具有变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系式为：
[0017]
(t
m-kf*v)*s-1
＝(m+m)*v-m*l*θ*s
[0018]
其中，k为变频器的输入频率和小车速度的换算比例系数，v为小车速度，f为变频器的输入频率，为小车加速度，tm为小车牵引力，m为小车质量，m为小车上悬挂的重物质量，l为吊钩绳长，kf为摩擦系数，θ为吊钩摆角，为吊钩摆角加速度，g为重力加速度，且g*θ摆角较小时约等于g*sin(θ)。
[0019]
可选地，所述传递函数为：
[0020][0021]
其中，g(s)为传递函数，θ(s)为吊钩摆角，v(s)为小车速度，g为重力加速度，l为吊钩绳长，s为传递函数的通用系数，ζ为吊钩的阻尼系数。
[0022]
可选地，所述所述整形控制器为：
[0023][0024]
其中，ai为第i个脉冲信号的幅值，ti为第i个脉冲信号的时滞，t为系统的震荡周期，n为脉冲信号的个数。
[0025]
可选地，整形控制器输出脉冲信号的个数为3个。
[0026]
可选地，第一个脉冲信号的时滞为t1＝0，幅值为第二个脉冲信号的时滞为t2＝t
x
，幅值为第三个脉冲信号的时滞为t3＝2t
x
，幅值为
[0027]
其中，l为吊钩绳长，g为重力加速度，t
x
可取任意值，ζ为吊钩的阻尼系数。
[0028]
为实现上述目的，本技术还提出一种吊重系统防摇的控制控制设备，吊重系统防摇的控制控制设备包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的吊重系统防摇的控制控制程序，所述吊重系统防摇的控制控制程序被处理器执行时实现所述吊重系统防摇的控制方法。
[0029]
为实现上述目的，本技术还提出一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有吊重系统防摇的控制控制程序，所述吊重系统防摇的控制控制程序被处理器执行时实现所述吊重系统防摇的控制方法。
[0030]
本技术技术方案中，通过开环的控制方法，仅在驱动控制器之间添加了一个前馈控制器，即整形控制器，整形控制器通过时滞整形将输入频率的一段脉冲信号卷积为实际频率的多段脉冲信号，且通过该多段脉冲信号产生的振荡相互抵消，可以消除系统输出的震荡，从而简便低成本的完成了小车吊钩的防摇，极大的提升吊重系统的工作效率。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0032]
图1为本发明一实施例的吊重系统防摇的控制方法的模块结构示意图；
[0033]
图2为本发明一实施例的吊重系统防摇的控制方法的流程图；
[0034]
图3为本发明一实施例的吊重系统防摇的控制方法的结构示意图。
具体实施方式
[0035]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036]
请参照图1，图1为本发明各个实施例中所提供的吊重系统防摇的控制控制设备的硬件结构示意图。所述吊重系统防摇的控制控制设备包括执行模块01、存储器02、处理器03、电池系统等部件。本领域技术人员可以理解，图1中所示出的设备还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中，所述处理器03分别与所述存储器02和所述执行模块01连接，所述存储器02上存储有吊重系统防摇的控制控制程序，所述吊重系统防摇的控制控制程序同时被处理器03执行。
[0037]
执行模块01，可将输入频率作为输入信号输入整形控制器，并将实际频率输入驱动控制器，以使驱动控制器按实际频率控制变频器工作，同时反馈以上信息发送给所述处理器03。
[0038]
存储器02，可用于存储软件程序以及各种数据。存储器02可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据物联网终端的使用所创建的数据或信息等。此外，存储器02可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0039]
处理器03，是处理平台的控制中心，利用各种接口和线路连接整个物联网终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器02内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器02内的数据，执行物联网终端的各种功能和处理数据，从而对吊重系统防摇的控制控制设备进行整体监控。处理器03可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器03可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器03中。
[0040]
本领域技术人员可以理解，图1中示出的吊重系统防摇的控制控制设备结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0041]
根据上述硬件结构，提出本发明方法各个实施例。
[0042]
参照图3，目前，在吊重系统比如桥式起重机或者塔机变幅机构的小车工作过程中，小车和小车悬挂的的吊钩具有速度差，当小车停止时，吊钩会惯性产生摆动，且很长时间才能停止摆动，而只有当吊钩摆动停止之后才能继续工作，因此吊钩的惯性摆动较大的
影响了吊重系统的工作效率。防止吊钩摇摆的方法主要分为硬件方法和软件方法。硬件防摇方法的是利用安装在起重设备防摇装置本身的刚性或增加阻尼来抑制钢丝绳及吊钩摆动。软件防摇又分闭环防摇和开环防摇方法，闭环防摇方法需要安装传感器检测吊钩摆角，通过反馈控制使摆角减小。开环防摇方法可以不安装额外的防摇硬件或摆角传感器进行防摇控制，主要基于给定速度曲线、状态反馈、模糊控制、最优控制等理论方法实现。
[0043]
然而传统防摇方法中，若采用硬件防摇方法则需要额外安装防摇硬件，增加了系统成本，并且防摇硬件容易损坏。若采用闭环防摇方法，又需要额外安装传感器来检测吊钩摆角及角速度，同样增加了系统成本；若采用开环防摇方法，又需要最优控制理论，状态反馈，模糊控制等相对复杂的理论，实现比较复杂。
[0044]
为了解决上述问题，本技术提出了一种吊重系统防摇的控制方法，参照图2，在本发明吊重系统防摇的控制方法的第一实施例中，所述吊重系统防摇的控制方法包括：
[0045]
步骤s100，将输入频率输入整形控制器，以得到实际频率，所述实际频率包括多个存在时滞的脉冲信号；
[0046]
在吊重系统比如桥式起重机或者塔机变幅机构的小车工作过程中，通过控制变频器的输入频率来控制小车速度，若直接将输入频率输入至驱动控制器中，则驱动控制器会直接依据输入频率控制小车进行加速或减速，这种情况下，小车停止时吊钩会由于惯性产生摆动，且很长时间才能停止摆动，为了消除这种摆动，本实施例中，在将输入频率输入至控制器之前设置了一个整形控制器，先将输入频率作为整形控制器的输入信号输入至整形控制器中，整形控制器中存在一系列的脉冲信号，输入信号会与这一系列的脉冲信号进行卷积，并将卷积的结果作为输出信号，这里输出信号指的是控制变频器运行的实际频率，实际频率中包括多个存在时滞的脉冲信号。
[0047]
步骤s200，将所述实际频率输入驱动控制器，以使驱动控制器按实际频率控制变频器工作。
[0048]
本实施例中，在得到实际频率之后，将实际频率输入至驱动控制器中，驱动控制器能按照实际频率控制小车加速或减速。其中，和输入频率仅存在一段脉冲信号相比，实际频率为多段脉冲信号，且多段脉冲信号产生的振荡能够相互抵消，因此在小车停止之后，吊钩的摆动能够迅速消除。
[0049]
本方案通过开环的控制方法，在驱动控制器之间添加了一个前馈控制器，即整形控制器，整形控制器通过时滞整形将输入频率的一段脉冲信号卷积为实际频率的多段脉冲信号，且通过该多段脉冲信号产生的振荡相互抵消，可以消除系统输出的震荡，从而极大的提升吊重系统的工作效率。
[0050]
在一实施例中，所述将输入频率作为输入信号输入整形控制器的步骤之前包括：
[0051]
根据小车速度和变频器的输入频率的对应关系构建传递函数，并基于所述传递函数，执行步骤：将输入频率作为输入信号输入整形控制器。
[0052]
本实施例中，由于小车是根据变频器的输入频率在驱动控制器中产生牵引力，并由牵引力控制小车进行加速或者减速；因此小车速度和变频器输入频率存在正比关系，进一步地，可根据小车速度和变频器的输入频率的关系构建传递函数，在得到传递函数之后，则可以将变频器的输入频率作为输入信号输入整形控制器中。具体地，小车速度与变频器的输入频率的关系为：
[0053]
v＝k*f
[0054]
其中，k为变频器的输入频率和小车速度的换算比例系数，v为小车速度，f为变频器的输入频率。
[0055]
在一实施例中，所述根据小车速度和变频器的输入频率的对应关系构建传递函数的步骤包括：
[0056]
根据所述对应关系关系和小车的吊重系统的系统运动方程，计算得到具有变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系式；
[0057]
根据所述具有变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系式构建传递函数。
[0058]
本实施例中，由上可得，小车速度和变频器的输入频率的关系已知，且吊重系统存在系统运动方程，系统运动方程也已知；因此可根据小车速度和变频器的输入频率推导出变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系，并由变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系经过拉普拉斯变换得到以小车速度为输入、吊钩摆角为输出的传递函数。
[0059]
在一实施例中，所述小车速度和变频器输入频率的关系为：
[0060]
v＝k*f；
[0061]
所述系统运动方程为：
[0062][0063][0064]
所述具有变频器转矩、小车速度和吊钩摆角的关系式为：
[0065]
(t
m-kf*v)*s-1
＝(m+m)*v-m*l*θ*s
[0066]
其中，k为变频器的输入频率和小车速度的换算比例系数，v为小车速度，f为变频器的输入频率，为小车加速度，tm为小车牵引力，m为小车质量，m为小车上悬挂的重物质量，l为吊钩绳长，kf为摩擦系数，θ为吊钩摆角，为吊钩摆角加速度，g为重力加速度，且g*θ摆角较小时约等于g*sin(θ)。
[0067]
在一实施例中，所述的传递函数为：
[0068][0069]
其中，g(s)为传递函数，θ(s)为吊钩摆角，v(s)为小车速度，g为重力加速度，l为吊钩绳长，s为传递函数的通用系数，ζ为吊钩的阻尼系数。
[0070]
在一实施例中，所述所述整形控制器为：
[0071][0072]
其中，ai为第i个脉冲信号的幅值，ti为第i个脉冲信号的时滞，t为系统的震荡周期，n为脉冲信号的个数。
[0073]
本实施例中，上式为整形控制器的频域表达式，转换为整形控制器的时阈表达式则为：
[0074][0075]
其中，ai为第i个脉冲信号的幅值，ti为第i个脉冲信号的时滞，t为系统的震荡周期，n为脉冲信号的个数。
[0076]
在一实施例中，所述整形控制器输出脉冲信号的个数为3。
[0077]
具体地，本实施例中，当整形控制器输出脉冲信号的个数为3个时，这三个脉冲信号的时滞和幅值分别为：
[0078][0079]
在另一些实施例中，整形控制器输出脉冲信号的个数可以为5个,也可以为7个。
[0080]
在一实施例中，所述实际频率脉冲信号的幅值和时滞为：
[0081]
第一个脉冲信号的时滞为t1＝0，幅值为第二个脉冲信号的时滞为t2＝t
x
，幅值为第三个脉冲信号的时滞为t3＝2t
x
，幅值为
[0082]
其中，l为吊钩绳长，g为重力加速度，t
x
可取任意值，ζ为吊钩的阻尼系数。
[0083]
本实施例中，t
x
可以选取任意值，但推荐的取值范围为并且，t
x
取值越大，即时间越长，参数适应性越强，但是最终小车加减速时间也会越长，因此t
x
的实际取值可由本领域技术人员根据现场情况做合理选择。根据上述实际频率脉冲信号的幅值和时滞可以得知，本方案在仅得知吊钩绳长的情况下，即能够通过时滞整形得到新的频率给定，消除系统输出的震荡。
[0084]
并且与现有技术中的输入整形器相比，本方案中的输入整形器无需引入其他的约束条件，因此t
x
可以选取任意值，且当时滞时间为半个震荡周期，则该时滞整形为zv整形，如果时滞时间为一个震荡周期，则该时滞整形为zvd整形，本方式整形时间可以变化，可以做到比zv整形更快，也可以做到比zvd整形更慢，但是参数适应性更好。本方案可根据本领域技术人员不同的具体需求选取不同的时滞时间，且可以兼容zv整形和zvd整形。
[0085]
在一实施例中，在小车需要加速或减速时，经过直线加减速或者s曲线或者rc滤波曲线运算或者sin曲线，可得到目标的输入频率f，若直接将输入频率f输入驱动控制器中，则加速或减速的脉冲信号均仅为一个，变频器的输入频率会均匀的上升或下降直至达到输入频率f。而这种情况下，在小车加速或减速完成之后，小车上的吊钩会由于惯性，在很长时间之后才能停止摆动；若先将输入频率通过时滞整形器计算得到实际频率f
ref
，再将实际频率输入至驱动控制器，实际频率中包括三个脉冲信号，三个脉冲信号的振荡将会相互抵消，因此在小车的加速或减速完成，并处于匀速运动或静止时，吊钩会迅速停止摆动。
[0086]
时滞整形实际只需要知道吊钩的绳长即可，时滞时间可以根据具实际情况选取。
时滞时间越小，吊钩角度恢复成零的滞后时间越短，同时对绳长的精准要求也越高。
[0087]
本发明还提出一种设备，设备包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的吊重系统防摇的控制控制程序，所述吊重系统防摇的控制控制程序用于执行本发明各个实施例所述的方法。
[0088]
本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有吊重系统防摇的控制控制程序。所述可读存储介质包括计算机可读可读存储介质，所述计算机可读可读存储介质可以是图1的中的存储器，也可以是如rom(read-only memory，只读存储器)/ram(random access memory，随机存取存储器)、磁碟、光盘中的至少一种，所述计算机可读存储介质包括若干指令用以使得一台具有处理器的物联网终端设备(可以是手机，计算机，服务器，物联网终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0089]
在本发明中，术语“第一”“第二”“第三”“第四”“第五”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0090]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0091]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，本发明保护的范围并不局限于此，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和替换，这些变化、修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。