一种桥式起重机防摇控制方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及自动化控制技术领域，具体设及一种桥式起重机防摇控制方法和系 统。
【背景技术】
[0002] 桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工 具和设备，广泛应用于室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头W及物流周转等部 口和场所。然而，起重机在装卸货物时，尤其是在炼钢车间、核电厂、垃圾处理厂等无人工作 环境中，由于大车和/或小车的速度变化W及外节干扰因素的影响，使吊钩产生前后、左右 的来回摆动，在影响生产效率的同时造成了一定的安全隐患。虽然依靠起重机操作员的实 际操作经验可W实现货物的安全运输和定位卸货，但是由于熟练起重机操作员的训练周期 长和工作强度大等原因，使得工作效率的提高受到很大限制。因此迫切要求出现桥式起重 机的自动控制系统，可W解决对操作员经验的过分依赖性，从而大幅度的提高工作效率。在 运样的背景下，研究桥式起重机的防摇技术，实现平稳地装卸、起吊、运行货物成为了世界 范围的起重机制造商和研究机构所关注的焦点之一。优良的桥式起重机防摇技术能够保证 大车和/或小车运行至目标位置时吊钩摇摆的偏角在限制范围之内，甚至在整个过程中都 W小偏角运动。运样一来，桥式起重机的工作效率得到了大大提升，在特殊工作环境下的安 全性也得到了保障。因此，研究桥式起重机的防摇技术非常有意义。
[0003] 桥式起重机的防摇控制策略经历了人工防摇、机械式防摇、电子式防摇等方法，电 子式防摇又分为开环和闭环两大类。目前，在起重机领域应用得较广的是机械式的防摇方 法。此外，开环、闭环策略也有一些应用。现有的控制策略大多因外围设备太多，结构复杂， 可靠性差，维修保养工作量大且价格昂贵等因素而无法推广应用。
[0004] 目前的机械式防摇装置大多设置在港口的集装箱起重机上，对吊重起升或水平移 动过程进行防摇控制，原理大多侧重于增加系统阻尼、利用多根钢丝绳辅助来达到防摇目 的。因此，机械式防摇方法往往具有非常复杂的机械结构，维修麻烦，不具泛用性和鲁棒性。 此外，由于需要在起重机上附加机械装置，对起重机本身的结构、性能可能会带来不良影 响，且机械装置本身也面临寿命、可靠性、维护等问题。
[0005] 闭环防摇系统的防摇效果较为可靠，鲁棒性好，但需要在起重机上安装检测诸多 变量的传感器，需要许多外围设备辅助实现。此外，控制系统相对开环系统复杂得多，系统 维护困难，成本高昂。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是如何精确控制桥式起重机大车和/或小车的运动速 度，防止吊钩摇摆。
[0007] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种桥式起重机防摇控制方法和系统。
[000引第一方面，本发明提供一种桥式起重机防摇控制方法，包括：
[0009] 获取桥式起重机大车和/或小车的运行参数；
[0010] 根据大车和/或小车的运行参数和速度曲线补偿参数调整其运行速度曲线；
[0011] 根据调整后的速度曲线转换起重机工作状态。
[0012] 可选地，所述桥式起重机的运行参数包括大车和/或小车的最优运行速度曲线、钢 丝绳长、大车和/或小车的加速度值。
[0013] 可选地，所述速度曲线补偿参数是通过遗传算法或粒子群算法优化选择得到的。
[0014] 可选地，所述速度曲线补偿参数是通过W下方法得到的：
[0015]确定进化染色体基因；
[0016] 产生进化种群；
[0017] 计算种群中吊钩的运动状态；
[0018] 判断当前吊钩是否满足预设条件，如果满足则结束;如果不满足则复制染色体基 因，执行交叉、变异，返回生成新的种群，直至满足预设条件。
[0019] 可选地，所述进化染色体基因包括加速阶段或减速阶段大车和/或小车的加速度， 预先存储的最优速度曲线，大车和/或小车的运动状态改变的时间点。
[0020] 可选地，所述计算种群中吊钩的运动状态还包括对种群中每一个个体产生的速度 曲线进行数值仿真的步骤：
[0021] 对种群中每一个个体产生的速度曲线按照数学模型进行数值仿真，得到大车和/ 或小车达到终态时吊钩的运动状态；
[0022] 根据大车和/或小车达到终态时的吊钩的运动状态，从当前群体个选出优良的个 体。
[0023] 可选地，所述大车和/或小车的运行速度曲线是通过W下方式调整的：
[0024] varn=varn'+FnL( AL)+FnL( AV)+Fna( Aa)+Fne( Δ 白)
[00巧]其中，varn表示调整后的最优速度曲线，var ' η表示典型工况下的最优速度曲线， FnL( A L)、Fnv( A V)、Fna( A a)、Fne( A Θ)分别表示最优曲线第η个节点的补偿参数与实际工况 下绳长偏差A L、速度偏差Δ V、加速度偏差Δ aW及吊钩摆角偏差Δ Θ的补偿计算关系，η为 自然数。
[00%]再一方面，本发明还提供一种桥式起重机防摇控制系统，包括：
[0027] 信息获取单元，用于获取大车和/或小车的运行参数；
[0028] 速度控制单元，用于根据大车和/或小车的运行参数和速度补偿参数调整运行速 度曲线；
[0029] 执行单元，用于根据调整后的速度曲线转换起重机的工作状态。
[0030] 可选地，所述速度控制单元还包括速度曲线参数优化单元，用于通过遗传算法或 粒子群算法对预先存储的速度曲线补偿参数进行优化。
[0031] 可选地，所述速度控制单元还包括：
[0032] 大车和/或小车的运行速度调整单元，用于通过W下方式调整大车和/或小车的运 行速度曲线：
[0033] varn=varn'+FnL( AL)+FnL( AV)+Fna( Aa)+Fne( Δ 白)
[0034] 其中，varn表示调整后的最优速度曲线，var ' η表示典型工况下的最优速度曲线， FnL( A L)、Fnv( A V)、Fna( A a)、Fne( A Θ)分别表示最优曲线第η个节点的补偿参数与实际工况 下绳长偏差A L、速度偏差Δ V、加速度偏差Δ aW及吊钩摆角偏差Δ θ的补偿计算关系，η为 自然数。
[0035] 由上述技术方案可知，本发明提供的桥式起重机防摇控制方法和系统，根据司机 指定的速度档位，从存储中读取典型工况下的最优速度曲线参数;根据各个传感器送来的 钢丝绳长L、速度V与加速度a数值、W及状态观测器估计的吊钩起始摆角计算修正最优速度 曲线各个参数;根据最优速度曲线的参数，计算得出最优速度曲线，并输出。本发明此方法 为开环控制，因此系统精简，无须安装检测摆角的相应传感器，较易实现，成本较低。此外， 采用针对各种工况离线优化速度曲线的办法，将复杂的计算任务从控制中分离开来，减小 了对控制器的要求。针对司机在操作中随时可能改变操作状态的问题，采用了在操作改变 时动态重新生成速度曲线的办法，可W减少司机随意操作对防摇效果的影响。本发明具有 很好的适应性，只需要对大车和/或小车运行的控制设备加入速度控制程序或者在变频器 中加入防摇控制卡即可实现，无需添加其他设备，可用于目前大多数的桥式起重机中。
【附图说明】
[0036] 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一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 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W 根据运些附图获得其他的附图。
[0037] 图1为本发明一个实施例中一种桥式起重机防摇控制方法流程示意图；
[0038] 图2为本发明一个实施例中一种小车最优速度曲线示意图；
[0039] 图3为本发明一个实施例中小车最优运行曲线的遗传算法程示意图；
[0040] 图4本发明为一个实施例中控制器结构示意图；
[0041 ]图5本发明为一个实施例中系统简化力学模型示意图；
[0042] 图6本发明为一个实施例中W速度作为输入的Matlab数学模型示意图；
[0043] 图7为本发明一个实施例中一种桥式