专利名称：起重机精确自动定位控制系统及方法
技术领域：
本发明属于运行机械的定位自动控制技术领域，涉及一种起重机精确自动定位控制系统及方法。
背景技术：
因生产工艺需要，各种工业用起重机常要求具有精确自动定位控制功能。目前起重机的精确自动定位控制一般采用伺服控制的方案。如图1所示，伺服控制系统需要由主令控制器11，伺服控制器12，放大驱动器13，伺服电机14，执行机构15，位置传感器16，等组成。在伺服控制系统中，每个时刻都要产生机械运行机构的目标位置。在机械运行机构的运行过程中，伺服控制器每时每刻根据目标位置和实际位置的测量反馈进行调整控制。 为保证机械运行机构在运行过程中每时每刻都在指定的目标位置上，伺服控制系统中实际位置的测量反馈及对伺服电机的控制一般需要高达500 Hz以上的控制更新频率。各种精密机床的运动控制是典型的伺服控制的应用例子。然而，在定位控制的许多实际工业应用中，如轨道机车，多层电梯，起重机等，我们只要求机械运行机构在运行后的停止位置上实现精确自动定位，而在运行过程中，除了运行速度的平滑稳定，对机械运行机构的动态位置精度没有太高的要求。在这些应用中，许多控制系统的位置测量反馈和控制更新频率比伺服系统的控制更新频率要低得多。例如， 用可编程控制器(PLC)作为反馈控制时，可编程控制器的控制更新频率一般在50 Hz以下， 远远低于伺服系统的控制更新频率。由于伺服控制系统复杂，价格昂贵，在许多自动定位控制应用中，特别是起重机的精确自动定位，希望有更经济合理的精确定位控制系统替代伺服控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种起重机精确自动定位控制系统和控制方法，以解决现有起重机的定位控制中伺服控制系统复杂，对控制器及电机精密度要求高的问题。为实现上述目的，本发明一种起重机精确自动定位控制系统，包括顺次控制连接的主令控制器、可编程控制器、变频器、电机和执行机构，该执行机构上设有位置传感器，该位置传感器的输出连入所述可编程控制器的信号输入端，用于反馈执行机构的位置信号。本发明的起重机精确自动定位控制方法，利用可编程控制器作为起重机执行机构的位置反馈控制器，根据系统更新周期、目标停止位置和执行机构当前位置信息，计算得到当前减速度和该周期的目标控制速度，并在下一周期重新计算减速度和目标控制速度，直到控制执行机构精确地到达指定的目标停止位置。进一步的，所述控制方法的具体步骤如下
(1)主令控制器向可编程控制器发送执行机构的目标停止位置信息；
(2)可编程控制器接收主令控制器发送的执行机构的目标停止位置信息和位置传感器反馈的执行机构实际运行位置；(3)可编程控制器根据目标位置和实际运行位置计算得到执行机构离目标停止位置的距离，并计算出执行机构的减速度；
(4)可编程控制器根据更新周期和运行机构的减速度得到运行机构的目标控制速度； 并将该目标控制速度传给变频器；
(5 )变频器和电机驱动执行机构，使执行机构精确地到达指定的目标停止位置。进一步的，所述步骤(3)中执行机构的减速度A的计算公式为A=KV2/D，其中V为执行机构的当前运行速度，D为执行机构当前位置离目标位置的距离，K为调整系数。进一步的，所述调整系数K的范围为0.5 Γ<1.5。进一步的，所述步骤(4)中执行机构目标控制速度Vn的计算公式为=Vn=Vlri-A ·τ， 其中Vlri为可编程控制器在上一次控制更新时计算得到的运行机构的目标速度，T为可编程控制器的控制更新周期。本发明的起重机精确自动定位控制系统和控制方法，用可编程控制器作为反馈控制时，不需要生成执行机构在运行过程中动态的目标位置，可编程控制器根据目标停止位置和反馈的执行机构位置信息，直接计算出执行机构的实时目标速度，并通过变频器和电机的驱动，控制执行机构精确地到达指定的目标停止位置。系统中所用电机为普通电机，且系统对可编程控制器的更新频率要求不高，整个系统结构简单，价格也更经济合理。
图1是现有的伺服控制系统原理图2是本发明精确自动定位控制系统实施例原理图； 图3是运行机构目标速度随时间变化的示意图。
具体实施例方式一、起重机精确自动定位控制系统
如图2所示，本起重机精确自动定位控制系统包括顺次控制连接的主令控制器、可编程控制器、变频器、电机和执行机构，该执行机构上设有位置传感器，该位置传感器的输出连入所述可编程控制器的信号输入端，用于反馈执行机构的位置信号。二、起重机精确自动定位控制方法
本起重机精确自动定位控制方法，利用可编程控制器作为起重机执行机构的位置反馈控制器，根据系统更新周期、目标停止位置和执行机构当前位置信息，计算得到当前减速度和该周期的目标控制速度，并在下一周期重新计算减速度和目标控制速度，直到控制执行机构精确地到达指定的目标停止位置。具体的控制方法具体步骤如下
(1)主令控制器向可编程控制器发送执行机构的目标停止位置信息；
(2)可编程控制器接收主令控制器发送的执行机构的目标停止位置信息和位置传感器反馈的执行机构实际运行位置；
(3)可编程控制器根据目标位置和实际运行位置计算得到执行机构离目标停止位置的距离，并计算出执行机构的减速度；
(4)可编程控制器根据其控制更新周期和运行机构的减速度得到运行机构的目标速度；并将该目标速度传给变频器；
(5 )变频器和电机驱动执行机构，使执行机构精确地到达指定的目标停止位置。上述方法中可编程控制器根据到达停止目标位置的距离和运行机构的当前速度， 计算出运行机构当前所需的减速度。在计算减速度时，选用合适的计算方案，使运行机构在接近停止目标位置时的减速度和速度一起随着时间的推移而变得越来越小，以此确保自动定位的精度。下面的公式给出了一种计算减速度的方案A=KV2/D，其中A为减速度，V为当前速度，D为离停止目标位置的距离，K为调整系数。当前速度V可从实际位置反馈中计算得到， 也可根据控制器输出的控制目标速度进行估算。调整系数K的取值应在0. 5到1. 5之间。 运行机构在接近停止目标位置时的减速度可根据实际应用的需要，通过调整系数K的取值进行调整。调整系数K的取值越大，运行机构在接近停止目标位置时的减速度和速度就越小，自动定位的精度就越高。在这种情况下，运行停止的时间会变得越长。根据运行机构所需的减速度和控制器的控制更新周期计算出运行机构的目标控制速度。控制器更新运行机构目标控制速度的具体计算公式为vn = Vlri-A ·Τ，其中Vn为当前运行机构的目标速度，Vn^1为控制器在上一次控制更新时计算得到的运行机构的目标速度，T为控制器的控制更新周期。图3给出了运行机构目标速度随时间变化的示意图。本控制方法使运行机构从当前位置到达最终停止位置，中间要经过N个周期，这个N值是不定的，与运行机构的速度和离最终停止位置的距离有关。在精确定位控制过程中，要一直到运行机构的速度非常小，运行机构的实际位置(即由位置传感器反馈得到)同目标停止位置的误差很小(即小于阈值)时，控制过程才结束，也就使执行机构精确地到达指定的目标停止位置。最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种起重机精确自动定位控制系统，其特征在于包括顺次控制连接的主令控制器、可编程控制器、变频器、电机和执行机构，该执行机构上设有位置传感器，该位置传感器的输出连入所述可编程控制器的信号输入端，用于反馈执行机构的位置信号。
2.一种起重机精确自动定位控制方法，其特征在于，利用可编程控制器作为起重机执行机构的位置反馈控制器，根据系统更新周期、目标停止位置和执行机构当前位置信息，计算得到当前减速度和该周期的目标控制速度，并在下一周期重新计算减速度和目标控制速度，直到控制执行机构精确地到达指定的目标停止位置。
3.根据权利要求2所述的起重机精确自动定位控制方法，其特征在于，控制方法的具体步骤如下(1)主令控制器向可编程控制器发送执行机构的目标停止位置信息；(2)可编程控制器接收主令控制器发送的执行机构的目标停止位置信息和位置传感器反馈的执行机构实际运行位置；(3)可编程控制器根据目标位置和实际运行位置计算得到执行机构离目标停止位置的距离，并计算出执行机构的减速度；(4)可编程控制器根据更新周期和运行机构的减速度得到运行机构的目标控制速度； 并将该目标控制速度传给变频器；(5 )变频器和电机驱动执行机构，使执行机构精确地到达指定的目标停止位置。
4.根据权利要求3所述的起重机精确自动定位控制方法，其特征在于，所述步骤(3) 中执行机构的减速度A的计算公式为A=KV2/D，其中V为执行机构的当前运行速度，D为执行机构当前位置离目标位置的距离，K为调整系数。
5.根据权利要求3所述的起重机精确自动定位控制方法，其特征在于所述调整系数 K的范围为0.5SifSl.5。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的起重机精确自动定位控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中执行机构目标控制速度Vn的计算公式为=Vn=Vlri-A · T，其中Vlri为可编程控制器在上一次控制更新时计算得到的运行机构的目标速度，T为可编程控制器的控制更新周期。
全文摘要
本发明涉及起重机精确自动定位控制系统及方法，起重机精确自动定位控制系统包括顺次控制连接的主令控制器、可编程控制器、变频器、电机和执行机构，该执行机构上设有位置传感器，该位置传感器的输出连入所述可编程控制器的信号输入端，用于反馈执行机构的位置信号；本发明用可编程控制器作为反馈控制时，不需要生成执行机构在运行过程中动态的目标位置，可编程控制器根据目标停止位置和反馈的执行机构位置信息，直接计算出执行机构的实时目标速度，并通过变频器和电机的驱动，控制执行机构精确地到达指定的目标停止位置。系统中所用电机为普通电机，且系统对可编程控制器的更新频率要求不高，整个系统结构简单，价格也更经济合理。
文档编号B66C13/22GK102502411SQ20111035708
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年8月19日
发明者常玉军, 王贺, 龚志明 申请人:河南卫华重型机械股份有限公司