一种智能防摇及自动控制门式起重机的制作方法

本实用新型属于起重机技术领域，尤其涉及一种智能防摇及自动控制门式起重机。

背景技术：

随着国家十三五规划战略的制定，国家发展战略正式启动，制造业作为经济发展战略中的关键一环获得了历史性的发展机遇，同时也面临着极大的挑战。沿线大多是新兴经济体和发展中国家，总人口约44亿，经济总量约21万亿美元，广阔的辐射地域范围、庞大的经济规模以及活跃的经济发展态势蕴藏着巨大的商品需求。制造业也需要从污染型、粗放型升级成为绿色型、智能型，还会极大地促进沿线国家的基础设施需求。这给冶金行业带来了巨大的机遇，同时也将带来冶金起重机的需求大幅上升，从“黑色冶金”到“绿色冶金”的转变，需要冶金行业的重整，提升制造水平及智能化工厂。起重机作为工厂自动化的重要一环，其自身的智能化转型升级也是制造业转型升级的重要基础。冶金起重机由于在高温环境中工作，也给机械及电气结构的热响应带来了挑战。在这类环境下工作的起重机在安全性的需求更高。

随着经济的发展，起重机也逐渐往大型化和高速化方向发展，同时使用者对起重机提出了智能、安全、高效、精准的工作要求。由于起重机普遍采用钢丝绳柔性起升机构，导致在加减速、制动过程中，吊重不可避免地发生摆动。对于冶金起重机，由于吊重是高温材料、甚至是熔融金属，其重心容易发生变化，要求安全性更高，这增加了起重机的控制难度。采用电子防摇智能控制算法，不仅能够有效地辨识吊重质心的变化，还能够有效应对高温环境带来的不确定性因素，从而实现吊重的主动防摇摆控制；同时在大小车、吊重升降自动控制中考虑温度变化引起的效应，确保精确定位控制。

对于40t门式起重机，大车运行机构至少采用4台电动机驱动，小车运行机构至少采用2台电动机驱动。电动机运转不同步将导致“啃轨”现象的发生，而受高温环境影响，可能导致不同位置钢轨的温度应力不同，电机的运行温度不一致，可能导致轨道和车轮的使用寿命缩短。本部分研究内容需要结合温度-结构耦合关系、吊重防摇，采用协同控制技术，控制电动机同步运转，避免“啃轨”现象的发生，同时，有助于起重机大车、小车的精确定位控制和吊重防摇控制。

冶金起重机在高温环境中工作，热辐射源头为高温吊重，其工况环境恶劣，出现故障引发的事故危害较大，因此，在起重机设计之初就应考虑高温对起重机钢结构、起重机钢绳的影响，即研究温度-结构的耦合效应，考虑热辐射稳态模型和瞬态模型，进而对装备进行准确的高温力学性能和可靠性分析。对门架进行瞬态动力学分析，研究高温环境下吊重起升、运输及卸载过程门架结构的动态应力及振动特性。

在起重机的重要部位增加高温隔热保护装置，减少热源的热辐射，起重机主要工作部件选型也应采用耐高温零部件，比如耐高温电缆、耐高温钢丝绳和耐高温电动机等。

智能检测技术指的是吊重摆动量、高度的测量技术以及对吊重周围障碍物的检测技术。由于起重机工作环境较为复杂，拟采用机器视觉定位技术实时测量吊重的摆动量和距离主梁的相对高度，将该信息反馈到控制系统，经过运算，实现对吊重的防摇控制和升降定位控制。

采用人工智能深度学习算法对吊重周围障碍物进行智能检测，避免在起重机运行过程中吊重与周围环境发生碰撞，从而消除安全事故隐患。

精确定位技术指的是对起重机大车和小车的位置、速度和加速度的信息获取技术。考虑到起重机自动控制定位精度的要求，大、小车运行机构拟采用格雷母线检测技术进行定位。格雷母线是采用多组电缆芯线按不同步长的规律编排制成的一条母线，通过电磁感应获得绝对地址信息。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种智能防摇及自动控制门式起重机。

本实用新型是这样实现的，一种智能防摇及自动控制门式起重机包括智能电子防摇系统、多电机协同控制系统、智能检测系统、精确定位系统和试验系统；

所述智能电子防摇系统包括智能控制器、数值仿真单元和吊重检测单元，所述数值仿真单元连接所述智能控制器，进行数值分析；

所述多电机协同控制系统包括上位机、下位机和反馈信号单元，所述反馈信号单元连接至上位机与下位机；

所述智能检测系统包括吊重位置监测单元和报警单元；

所述试验系统包括温度热源测试单元对所述智能电子防摇系统、多电机协同控制系统、智能检测系统进行仿真试验检测。

作为本实用新型一种智能防摇及自动控制门式起重机优选的技术方案，所述智能控制器通过神经网络进行控制，所述数值仿真单元通过matlab/simulink软件平台对所述智能控制器进行数值仿真实验。

作为本实用新型一种智能防摇及自动控制门式起重机优选的技术方案，所述所述多电机协同控制系统采用自适应控制与多点击交叉耦合控制将所述上位机、下位机的系统通信与多台电机的速度信号进行比较，并连接至所述反馈信号单元。

作为本实用新型一种智能防摇及自动控制门式起重机优选的技术方案，所述吊重位置监测单元包括机器视觉控制取样比对，同时包括热成像技术，对所述机器视觉控制所得的取样比对进行距离分析。

作为本实用新型一种智能防摇及自动控制门式起重机优选的技术方案，所述试验系统包括起重机试验平台，进行验证智能电子防摇、多电动机协同控制、智能检测、精确定位的有效性，还包括所述温度热源测试单元，检测温度响应以及对起重机的系统动力学影响，并调试系统达成最佳状态。

作为本实用新型一种智能防摇及自动控制门式起重机优选的技术方案，所述精确定位系统采用格雷母线构成完整的闭环控制回路进行精确定位。

作为本实用新型一种智能防摇及自动控制门式起重机优选的技术方案，所述智能电子防摇系统、多电机协同控制系统、智能检测系统、精确定位系统和试验系统基于温度-结构耦合动力学理论，具体为通过ansys有限元热耦合动力学分析方法进行分析。

本实用新型的优点及积极效果为：门式起重机智能防摇与自动控制系统借助于智能电子防摇、多电动机协同控制、智能检测、精确定位等技术，结合起重机大车、小车运行机构运动轨迹规划算法，利用神经网络在线学习技术，在起重机存在系统参数变化/未知的情况下，实现对多个电动机的协同控制，从而实现起重机的智能化、自动化运行，同时利用现代数值分析方法分析热-结构耦合动力学，完成起重机结构的热响应分析，实现起重机在高温下可靠运行，并通过现场试验确保智能电子防摇、多电动机协同控制、智能检测、精确定位等关键技术有效性且不断对控制系统进行优化和改进，进一步完善自动化控制系统。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的流程结构框图；

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供的智能防摇及自动控制门式起重机包括智能电子防摇系统、多电机协同控制系统、智能检测系统、精确定位系统和试验系统；

所述智能电子防摇系统包括智能控制器、数值仿真单元和吊重检测单元，所述数值仿真单元连接所述智能控制器，进行数值分析；

所述多电机协同控制系统包括上位机、下位机和反馈信号单元，所述反馈信号单元连接至上位机与下位机；

所述智能检测系统包括吊重位置监测单元和报警单元；

所述试验系统包括温度热源测试单元对所述智能电子防摇系统、多电机协同控制系统、智能检测系统进行仿真试验检测。

具体的，智能控制器通过神经网络进行控制，所述数值仿真单元通过matlab/simulink软件平台对所述智能控制器进行数值仿真实验，首先运用分析动力学理论建立起重机系统的动力学模型，然后采用基于神经网络的智能控制器，再应用李雅普诺夫稳定性原理对该控制器的稳定性进行理论分析。利用matlab/simulink软件平台，对控制系统进行数值仿真实验，验证控制系统的可行性和稳定性。最后基于搭建起重机自动控制实验平台，拟采用dsp芯片作为起重机的控制核心，同时将基于机器视觉的吊重检测技术集成到该实验平台中，构成完整的闭环控制回路。

具体的，多电机协同控制系统采用自适应控制与多点击交叉耦合控制将所述上位机、下位机的系统通信与多台电机的速度信号进行比较，并连接至所述反馈信号单元，多电机协同控制拟采用can总线实现系统中上位机、下位机的通信，控制策略拟采用交叉耦合控制策略，其特点就是将多台电机的速度信号进行比较，从而得到一个差值作为附加的反馈信号，将这个反馈信号作为跟踪补偿信号，使系统能够接受任何一台电机的负载变化，从而获得良好的同步控制精度。

具体的，吊重位置监测单元包括机器视觉控制取样比对，同时包括热成像技术，对所述机器视觉控制所得的取样比对进行距离分析，采用机器视觉的方案，在对第一帧图像利用背景分割算法得到吊重图像后，首先运用基于svm的滑动窗口再定位检测算法获取吊重区域图像，然后利用追踪方法追踪视频流中的该吊重区域并提取对应的canny边缘轮廓，再结合基于轮廓端点的轮廓修补算法并通过定位算法求得视频流中吊重位置的变化，以及周围障碍物，最后计算吊重轮廓与障碍物轮廓的距离，设定临界距离，达到临界值即报警，使起重机停止运动。

具体的，试验系统包括起重机试验平台，进行验证智能电子防摇、多电动机协同控制、智能检测、精确定位的有效性，还包括所述温度热源测试单元，检测温度响应以及对起重机的系统动力学影响，并调试系统达成最佳状态，具体为搭建门式起重机试验平台，以验证智能电子防摇、多电动机协同控制、智能检测、精确定位等关键技术有效性，拟设置温度热源测试系统的温度响应以及对起重机的系统动力学影响，并调试系统达成最佳状态，在高温环境下的门式起重机应用场合，现场试验上述各项关键技术有效性，对控制系统进行优化和改进，构建一个完整的门式起重机自动化控制系统。

具体的，精确定位系统采用格雷母线构成完整的闭环控制回路进行精确定位。

具体的，智能电子防摇系统、多电机协同控制系统、智能检测系统、精确定位系统和试验系统基于温度-结构耦合动力学理论，具体为通过ansys有限元热耦合动力学分析方法进行分析，利用ansys对起重机结构在温度场下的力学特性和可靠性进行分析，尤其要对高温环境下吊重起升、运输及卸载过程门架结构的瞬时动态应力及振动特性进行分析，建立温度-结构耦合动力学模型，为提升起重机关键设备可靠性提供理论支撑。

本实用新型的工作原理：在使用时，参照40t门式起重机进行结构设计，对其进行理论分析和技术设计，在理论分析中通过结合温度-结构耦合动力学进，通过自适应控制和多电机交叉耦合控制将上位机、下位机的系统通信与多台电机的速度信号进行比较，并连接至反馈信号单元，并将这个反馈信号作为跟踪补偿信号，使系统能够接受任何一台电机的负载变化，从而实现高精度的多电机协同控制，进一步通过神经网络控制结合建立起重机系统的动力学模型，利用matlab/simulink软件平台，对控制系统进行数值仿真实验，验证控制系统的可行性和稳定性，进一步通过机器视觉和热成像技术计算吊重轮廓与障碍物轮廓的距离，并设定临界距离，在达到临界值时即报警，控制起重机停止运动，最后采用格雷母线进行起重机的移动精确定位，在上述理论分析达到技术要求时，进行仿真试验，并进一步进行样机试制，样机制作完成后进行现场试验，若达不到技术要求，则重新进行技术设计，再次进行理论分析，直至达到技术要求。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。