一种基于输入整形技术的吊车控制方法技术

一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于通过分析和解算基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型，针对实际系统建模存在的误差，使用零振荡零微分(ZVD)输入整形器针对吊车进行控制，并对设计的吊车零振荡零微分(ZVD)输入整形器进行仿真验证。本发明专利技术有效减少了吊车负载摆动，利用输入整形技术的控制方式实现吊车的快速定位，避免增加阻尼或提高刚度而引起系统的结构质量增强，节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于输入整形技术的吊车控制方法
本专利技术涉及一种吊车控制方法，特别涉及一种基于输入整形技术的吊车控制方法。
技术介绍
吊车是回转起重机的一种。在海洋环境中，吊车是进行起吊作业的特殊机械工具，把负载吊起后移动到目标船的甲板上放下负载，无论是在军事上还是在民用上吊车在海洋工程中都起着非常重要的作用。但因为吊车的吊绳是柔性钢丝绳，所以吊车在吊运货物的过程中会出现摆动现象。为了消除负载的残余摆动，提高吊车的工作效率，大多数的吊车都装有防摆装置。防摆装置在形式上主要分为两大类：机械防摆装置和电子防摆装置。在机械防摆中，操作员需要减速或者加入反向阻尼来减小甚至抑制负载的摆动，这样不仅会提高工作成本，同时也会降低了生产效率。在电子防摆中，若能将防摆控制器和吊车控制系统有效的结合起来，这样在减小摆动的同时也可以减少作业时间。因此，研究吊车的防摆控制方法，对提高工作效率、减小安全隐患、缩短工作周期等都有着重要意义。本专利技术设计时采用的输入整形器采用开环的控制方式实现了系统的快速对位，避免了增加阻尼或提高刚度而引起系统的结构质量增加，其易于推导和实现，同时也节约了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于减少吊车负载摆动，利用输入整形技术的控制方式实现吊车的快速定位，避免增加阻尼或提高刚度而引起系统的结构质量增强，节约成本的吊车控制方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于通过分析和解算基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型，针对实际系统建模存在的误差，使用零振荡零微分(ZVD)输入整形器针对吊车进行控制，并对设计的吊车零振荡零微分(ZVD)输入整形器进行仿真验证。所述的一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于所述的基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型为：其中θ1为吊臂平面内的摆角和θ2为吊臂平面外的摆角，m为负载的质量，LB为吊臂的长度，L为绳长,回转角α为吊臂平面与吊车水平轴，即X轴的夹角，俯仰角β为吊臂平面与吊车竖直轴，即Z轴的夹角。所述的一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于所述的吊车零振荡零微分(ZVD)输入整形器：F(s)＝0.25+0.5e-3.172s+0.25e-6.344s；f(t)＝0.25δ(t)+0.5δ(t-3.172)+0.25δ(t-6.344)本专利技术的有益之处在于：(1)对于建立的基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型进行仿真验证，确定了模型的准确性，确保本专利技术所述的控制方法准确有效；(2)采用输入整形技术实现吊车的防摆控制，方法简单，易于实现，不仅有效地抑制了负载的残余摆动，还提高了吊车的工作效率；(3)使用零振荡零微分(ZVD)输入整形器针对吊车进行控制，使得在实际中的模型与建立的模型有误差，不但能够忽略误差的存在，同时还可以提高系统的鲁棒性，增强吊车结构的动平衡性能。附图说明图1为吊车的物理模型图；图2为零振荡零微分(ZVD)输入整形器的仿真图；图3为零振荡零微分(ZVD)输入整形器整形前后系统的回转运动对比图；图4为零振荡零微分(ZVD)输入整形器整形前后系统的俯仰运动对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做具体阐述：一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于通过分析和解算基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型，针对实际系统建模存在的误差，使用零振荡零微分(ZVD)输入整形器针对吊车进行控制，并对设计的吊车零振荡零微分(ZVD)输入整形器进行仿真验证。结合图1在吊车的物理模型中，负载的残余摆动可以表示为吊臂平面内的摆角θ1和吊臂平面外的摆角θ2。设负载的质量为m，吊臂的长度为LB，绳长为L,吊臂平面与吊车水平轴(即X轴)的夹角为回转角α，吊臂平面与吊车竖直轴(即Z轴)的夹角为俯仰角β，则吊臂顶端在惯性坐标系下的位置为负载在惯性坐标系下的位置为将(2)式代入负载在惯性坐标系下的位置为式中α、β、θ1、θ2均随时间变化。当考虑绳长运动时，L也随时间变化。对式(3)求导可以得到负载在空间运动的速度为再对上式进行平方求得负载在空间运动的速度的平方为由于系统运动而引起负载摆动的动能为由于系统运动而引起负载摆动的势能为(以基座平面为零势能参考平面)V＝mgzload＝mg(LBcosβ-Lcosθ1cosθ2)(7)将式(6)和(7)代入得出系统运动时负载的拉格朗日算子为L＝T-V(8)对于吊车吊摆系统，选取吊车负载在吊臂平面内的摆角θ1和吊臂平面外的摆角θ2为其广义坐标系，并依据拉格朗日动力学方程则有其中和是负载所受的广义力，针对吊车而言，这一部分的随机性很强，主要包括海风海浪的作用，推到时暂且将其近似为零，在仿真时通过对吊车负载的平面摆角上加入随机扰动来考虑吊车所受到的广义力。把式(6)与(7)代入式(9)中，求其导数可以得到将上式代入整理得在实际作业的过程中，需要考虑吊车吊运重物的安全问题，需尽量抑制负载的残余摆动，使负载的平面内摆角θ1和平面外摆角θ2较小，即|θ1|＜＜1，,|θ2|＜＜1，该系统能够进行如下化简，其近似条件为考虑近似条件，并忽略附二次以上的高阶项后，求得吊车的数学模型为结合图2为了验证零振荡零微分(ZVD)输入整形器的消摆效果，利用之前建立数学模型，把吊车的回转运动和俯仰运动分为加速、匀速、减速三个阶段，经过零振荡零微分(ZVD)输入整形器后得到整形后的回转角加速度、回转角速度、俯仰角加速度、俯仰角速度，如图3所示。从图中可以看出零振荡零微分(ZVD)输入整形器把吊车系统的角加速度分成比零振动(ZV)输入整形器更多的级阶梯状，依次逐级的加到吊车系统上，使得系统的回转运动和俯仰运动分为若干次的加速、匀速、减速过程。加入零振荡零微分(ZVD)输入整形器的吊车的平面内摆角和平面外摆角的相应变化如图4所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于通过分析和解算基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型，针对实际系统建模存在的误差，使用零振荡零微分(ZVD)输入整形器针对吊车进行控制，并对设计的吊车零振荡零微分(ZVD)输入整形器进行仿真验证。

【技术特征摘要】
1.一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于通过分析和解算基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型，针对实际系统建模存在的误差，使用零振荡零微分(ZVD)输入整形器针对吊车进行控制，并对设计的吊车零振荡零微分(ZVD)输入整形器进行仿真验证。2.根据权利要求1所述的一种基于输入整形技术的吊车控制方法，其特征在于所述的基于拉格朗日动力学方程的吊车数学模型为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰嘉，韩旭，刘建华，
申请(专利权)人：哈尔滨锦绣华强科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23