一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法及操纵手柄技术

本发明专利技术公开了一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法及操纵手柄，将用变幅操纵手柄控制变频变幅电机转速的过程与变幅机构的实时变幅幅度相关联，同时将根据实时状态对手柄输入信号进行补偿的计算单元从起重机的控制系统中独立出来，封装到一个嵌入式模块之中并在结构上把该模块与操纵手柄做成一体。嵌入式模块获取操纵手柄的初始输入信号和接收变频变幅电机转角信息后计算得出具体的补偿后的控制变频变幅电机转速信号，并将该控制信号传输给PLC，PLC控制变频变幅电机的转速。克服了起重机变幅系统“所得非所设”的缺陷，能够保证起重机在变幅过程中直接按照司机所设定的变幅速度运行，并降低了对司机操纵技术的要求和极大地减轻了司机的劳动强度。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法及操纵手柄
本专利技术属于起重机控制
，具体地指一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法及操纵手柄。技术背景普通的起重机变幅调速控制系统是一种全开环的控制系统。其操纵手柄，无论是有级的还是无级的，输出的控制信号直接控制的是变频变幅电机的转速。但是由于在变幅过程中，电机转速与变幅速度并非是一个恒定的线性的比例关系，变幅机构相当于是一个变传动比的变速器，传动比会随着幅度的改变而改变。因此，司机通过这样的操纵手柄操纵这样的变幅系统时，若想保证变幅过程平稳安全高效，就必须随时观察当前的幅度，并根据变幅机构的非线性传动比随幅度的变化规律，适当地调节操纵手柄，改变电机转速，以获得理想的变幅速度。这对司机的操纵技术要求极高，劳动强度很大，一般司机宁可选择忍受较差的变幅性能。现有起重机变幅机构的调速控制为一个完全开环的系统，如图2所示。该模式下，由于变幅机构等同于一个非线性变速器，司机虽然可以控制变幅电机转速不变，但是变幅速度却在随着变幅幅度的变化而改变，不能满足匀速变幅的要求。图3所示的采用常规手柄的智能化半闭环调速控制系统，其基于实时变幅状态的最优化变幅速度控制模型是一个近似的动态逆模型，该模型是根据特定机型给定参数进行数值计算，在θ的许可范围内均匀分点取样，取样数尽可能多，然后按表格形式存入PLC存储器中。司机操纵手柄设定变幅速度之后，PLC控制器根据旋转编码器反馈的θ值结合司机所设定的变幅速度Vh0查PLC中存储的表格计算出这一时刻应当发出的期望的变幅电机的转速n0，PLC接受该信号控制变幅电机增大或者减小转速。该调速模式下只能实现近似的匀速变幅。
技术实现思路
本专利技术提供了一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法及操纵手柄，解决了上述起重机变幅系统“所得非所设”的缺陷，能够保证起重机在变幅过程中直接按照司机所设定的变幅速度运行，并降低了对司机操纵技术的要求和极大地减轻了司机的劳动强度。为了实现上述目的，本专利技术所设计的嵌入式智能化起重机变幅调速方法，其特征在于：将用变幅操纵手柄控制变频变幅电机转速的过程与变幅机构的实时变幅幅度相关联，同时将根据实时状态对手柄输入信号进行补偿的计算单元从起重机的控制系统中独立出来，封装到一个嵌入式模块之中并在结构上把该模块与操纵手柄做成一体。所述嵌入式模块获取操纵手柄的初始输入信号和接收变频变幅电机转角信息(相当于感应到了变幅机构的实时变幅幅度)后计算得出具体的期望的变频变幅电机转速信号，并将该控制信号传输给起重机的PLC控制系统，所述PLC控制系统控制变频变幅电机的转速。进一步地，所述嵌入式模块的具体计算准则为：当手柄输出一恒定信号时以实现匀速变幅为优化目标。本专利技术还设计了一种嵌入式智能化起重机变幅调速结构的操纵手柄，其特殊之处在于：包括操纵杆和嵌入式模块；所述嵌入式模块通过电缆与起重机的变幅变频电机轴上的编码器、PLC控制系统和操纵杆连接，获取操纵手柄的初始输入信号和接收变频变幅电机转角信息后计算得出具体期望的变频变幅电机转速信号，并将该控制信号传输给PLC控制系统；所述嵌入式模块上还设置有调试接口；进一步地，所述嵌入式模块主要包括8位单片机、输入信号整形电路、电压电流检测电路和输出放大电路。进一步地，所述操纵手柄即可以为无级调速式，也可以是主令控制器式。本专利技术的优点在于：1)本专利技术一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法，操纵手柄输出的指令信号，可以让变幅变频电机的转速随着变幅幅度的变化自动调节，以保证变幅机构输出的变幅速度严格地跟随设定值线性地变化，设定值恒定不变时，变幅速度也不会随幅度的变化而变化。采用此操纵手柄的起重机变幅系统的操控性、稳定性和安全性均大大地提高。2)本专利技术通过嵌入式的方式把基于实时变幅状态的最优化变幅速度控制模型对输入指令信号进行补偿的控制逻辑封装到操纵手柄中，而原有的控制系统几乎可以保持不变，这种模块化的系统结构设计方案具有易于实现、易于调试、易于安装、易于推广、易于更新等优点。3)根据实时变幅状态进行最优化变幅速度控制的变幅调速系统中，通常的实现方式是把最优化控制模型写入到PLC程序中，保持手柄的结构和功能不变，对手柄输入信号进行补偿在PLC中完成，受PLC的功能限制，该逆模型要进行近似处理，由此引起一定的误差，而此种系统的控制性能对建模精度极为敏感，所以采用本专利技术的调速系统，其控制性能可以更优，因为本专利技术将最优化模型封装在实时计算能力比PLC要强大得多嵌入式模块之中，不需要进行会引起较大误差的近似建模处理。4)本专利技术不仅可以用于未来新产品上，对于老产品只需将操纵手柄进行替换即可，而不需要对原系统进行彻底更新、改造和程序重写，因而具有极大的实用性。5)基于实时变幅状态的最优化变幅速度控制模型是一个较为复杂的非线性数学模型，需要进行浮点运算，而PLC侧重于逻辑运算，浮点运算能力很低，该模型需要特殊处理才能在PLC中编程。本专利技术将这一任务从PLC控制程序中分解出来由成本较低的嵌入式模块承担，充分发挥PLC和嵌入式系统各自的优势，也有利于将来最优化变幅速度控制模型进一步升级以具备电子防摇的能力。附图说明图1为一种嵌入式智能化起重机变幅调速操纵手柄的系统连接示意图。图2为普通起重机变幅机构开环变幅调速控制系统图。图3为采用常规操纵手柄的智能化半闭环变幅调速控制系统。图4为采用嵌入式智能化变幅调速操纵手柄的起重机变幅调速控制系统。图5为采用嵌入式智能化起重机变幅调速操纵手柄的调速系统工作原理图。图中：操纵杆1-1、调试接口1-2、嵌入式模块1-3、电源接口1-4。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述：本专利技术所设计的嵌入式智能化起重机变幅调速方法，将用变幅操纵手柄控制变频变幅电机转速的过程与变幅机构的实时变幅幅度相关联，同时将根据实时状态对手柄输入信号进行补偿的计算单元从起重机的控制系统中独立出来，封装到一个嵌入式模块中，并将该模块与操纵手柄形成一体结构；所述嵌入式模块获取操纵手柄的初始输入信号和接收变频变幅电机转角信息后计算得出具体的补偿后的控制变频变幅电机转速信号，并将该控制信号传输给起重机系统的PLC控制系统，所述PLC控制系统控制变频变幅电机的转速。如图1所示的一种嵌入式智能化起重机变幅调速操纵手柄，包括：操纵杆1-1、调试接口1-2、嵌入式模块1-3、电源接口1-4和电缆。操纵杆1-1通过连接电缆与所述的嵌入式模块1-3的输入端相连并输入期望的变幅速度信号，所述的嵌入式模块1-3通过电缆与起重机的PLC控制系统及安装在变幅变频电机轴上的旋转编码器相连。所述的嵌入式模块1-3是调速操纵手柄的核心控制部分，主要包括8位单片机、输入信号整形电路、电压电流检测电路和输出放大电路等；并在单片机中写入了按照基于实时变幅状态的最优化变幅速度控制模型编写的嵌入式运行程序。其中，基于实时变幅状态的最优化变幅速度控制模型可以采用任意方式建立，其形式是：n0＝f(Vh0，θ)式中，n0为期望的电机转速，Vh0为期望的变幅速度值，θ为电机的绝对转角。反映的是如何根据变幅操纵手柄的原始输入信号所对应的期望的变幅速度值Vh0和电机绝对转角θ求出期望的电机转速n0。变频变幅电机的绝对转角θ是通过安装在变频变幅电机轴上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法，其特征在于：将用变幅操纵手柄控制变频变幅电机转速的过程与变幅机构的实时变幅幅度相关联，同时将根据实时状态对手柄输入信号进行补偿的计算单元从起重机的控制系统中独立出来，封装到一个嵌入式模块中，并将该模块与操纵手柄形成一体结构；所述嵌入式模块获取操纵手柄的初始输入信号和接收变频变幅电机转角信息后计算得出具体的补偿后的控制变频变幅电机转速信号，并将该控制信号传输给起重机系统的PLC控制系统，所述PLC控制系统控制变频变幅电机的转速。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式智能化起重机变幅调速方法，其特征在于：将用变幅操纵手柄控制变频变幅电机转速的过程与变幅机构的实时变幅幅度相关联，同时将根据实时状态对手柄输入信号进行补偿的计算单元从起重机的控制系统中独立出来，封装到一个嵌入式模块中，并将该模块与操纵手柄形成一体结构；所述嵌入式模块获取操纵手柄的初始输入信号和接收变频变幅电机转角信息后计算得出具体的补偿后的控制变频变幅电机转速信号，并将该控制信号传输给起重机系统的PLC控制系统，所述PLC控制系统控制变频变幅电机的转速。2.根据权利要求1所述的嵌入式智能化起重机变幅调速方法，其特征在于：所述嵌入式模块的具体计算准则为：当手柄输出一恒定信号时以实现匀速变幅为优化目标。3.一种如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国贤，远方明，郭兴，牛威，李烨，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42