一种制动下滑量软测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种起重机制动下滑量软测量方法及测量装置，在起重机的吊重处设置数据采集器采集吊重系统加速度和角速度的数据，将数据传输至上位机，根据拉格朗日方程建立吊重系统的非线性动力学微分方程对数据进行计算，以得到起重机的制动下滑量。与现有系统相比，本发明专利技术只需要在起重机的吊重处加设数据采集器，无需对起重机载荷、制动控制器进行机械和电路改造，可以自动检测起重机制动下滑量，并且提高了测量的准确度，保障起重机安全运行。本发明专利技术对测量系统的功耗进行了规划，无需反复更换电池，同时也可选择无线方式传输数据，不受距离限制，能够实时评估起重机制动的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制动下滑量软测量方法及测量装置
本专利技术属于起重机运行状态参数检测领域，尤其涉及一种针对起重机制动下滑量的软测量方法。
技术介绍
起重运输机械，是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移动重物的机电设备。随着现代社会的发展，起重运输机械已被广泛应用于物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送等领域。它不仅大大减少了劳动强度，还有效提高了劳动效率。然而，在为人们创造利益和提供便利的同时，起重运输机械的安全问题也日益凸现。如何使得起重运输机械安全高效的运行，成为安全生产的重中之重。起重机的作用是把货物快速高效安全的吊运至目标位置，起重机的吊重与小车通过钢丝绳柔性连接，该连接方式不但可以承受起吊和搬运重物时的瞬时冲击，还可以承受不同种类交变负载的作用。但该方式也会导致在起升、搬运和制动过程中，由于钢丝绳自身形变出现落点不准确的情况。实际生产中，起升机构制动性能的优劣对起重机安全运行起着决定性作用，而起重机制动下滑量是评价制动性能优劣的一项重要指标。另外，在柔性钢丝绳的作用下，吊重系统做起升和制动动作时会出现摆动现象，这不仅严重影响生产效率，甚至威胁周边工作人员和其他起重机的安全作业。目前，对制动下滑量的检测一般是在对起重机定期检测时进行。主要是通过基于行程开关控制的检测装置、基于光控继电器的检测装置或者是通过基于压力传感器和非接触测距传感器的在线检测装置进行测量。检测装置在每次起重机制动下滑量检测使用时，均需重复对起重机载荷、制动控制器进行机械和电路改造，安装较复杂、不易拆卸与携带，操作繁琐、效率低下，难以满足高效率的起重机制动下滑量定期检测需求；同时对起重机机械和电路改造，也造成了安全隐患，一直备受诟病。而且，定期检测的周期通常较长，在这期间如果因制动性能劣化出现安全隐患就不能及时地发现，会严重威胁起重机的安全运行。另外，起重机的数据不能远距离传输，操作人员也不能在操作间实时的了解到起重机的运行状况。虽然当前也有利用加速度计的软测量方法，这类方法主要将吊钩和重物运动信息作为测试对象，由过上位机作为控制、计算和运行平台。系统向起重机起升机构发送控制吊钩和重物运动指令的同时，利用加速度计测量重物运动过程中的线加速度值。上位机在接收数据之后对其进行积分运算，获得重物的速度信息，随后再次进行一次积分运算，方可获取重物的位置信息。该方法智能化程度高，易于实现。虽然加速度计的测量精度较高，但是由于积分过程中受到“平移项”和“趋势项”的影响，本方法所得结果常常会在两次积分后出现失真。因此，目前急需一套能够及时甚至实时地对起重机制动性能进行精确测量、评价的方法，以便及时发现运行过程中的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于动力学模型的起重机制动下滑量软测量方法及其对应的装置。首先，为了实现上述目的，提出一种起重机制动下滑量软测量方法，包括如下步骤：第一步，初始化：对MEMS(微机电系统，MicroelectroMechanicalSystems)传感器进行标定，完成初始化；第二步，采样：通过MEMS传感器对起重机吊重系统的吊重瞬间加速度和角速度信息进行采样，存储起重机吊重系统的吊重瞬间加速度和角速度，并将吊重瞬间加速度和角速度信息传输至数据处理模块；第三步，求解如下由第一拉格朗日方程和第二拉格朗日方程联立的吊重系统非线性动力学微分方程组，得到绳长变化值和角度变化值，即为起重机制动下滑量：其中，为钢丝绳长度变化量关于时间t的微分，即所述起重机吊重系统的吊重瞬间加速度，g为重力加速度，θ为吊重摆角，m为吊重质量，x为钢丝绳长变化量，为所述起重机吊重系统的吊重瞬间角速度，k为钢丝绳弹性系数，l0为制动瞬间钢丝绳长度，为吊重摆角变化加速度，Q为风载荷作用力，Q＝CKhqA，C为风力系数，Kh为风压高度系数，q为计算风压，q＝0.613v2，其中v为计算风速，A为吊重垂直于风向的迎风面积。吊重系统非线性动力学微分方程组由两个拉格朗日方程组成。其中第一拉格朗日方程为：其中，为钢丝绳长度变化量关于时间t的微分，即所述起重机吊重系统的吊重瞬间加速度，g为重力加速度，θ为吊重摆角，m为吊重质量，x为钢丝绳方向的变化量，为所述起重机吊重系统的角速度，k为钢丝绳弹性系数，l0为制动瞬间钢丝绳长度。其中Q为风载荷作用力，Q＝CKhqA，根据国家标准GB/T3811-2008《起重机设计规范》，Q＝CKhqA中C为风力系数，起吊重物表面光滑的箱型梁、司机室、平衡重、钢丝绳、物品等一般取值1.2；Kh为风压高度系数，离地高度0-10m时取1.0；q为计算风压，单位为N/m2，通过q＝0.613v2计算得到，其中v为计算风速，通过查询风力风速对应表确定具体取值；A为起重机或物体垂直于风向的迎风面积，单位为m2。其中重力加速度g的取值范围依据测量所在地位置而确定，一般情况为9.8-10.2m/s2，吊重质量m、钢丝绳弹性系数k、制动瞬间钢丝绳长度l0为已知量。第二拉格朗日方程为：其中为吊重摆角变化加速度；将第一拉格朗日方程和第二拉格朗日方程联合得到吊重系统的非线性动力学微分方程组将制动瞬间钢丝绳长度l0、第二步中采集的吊重瞬间加速度值和角速度信息带入吊重系统的非线性动力学微分方程组中，计算得到绳长变化值和角度变化值，即为起重机制动下滑量。进一步的，本专利技术方法中，在所述的第一步中，对MEMS传感器进行标定的过程如下：步骤101，分别将MEMS传感器延x轴正负方向、y轴正负方向、z轴正负方向六个方向移动，分别在所述六个方向置各采集一组静态数据，每组静态数据均包括：x轴实际的加速度值Ax，y轴实际的加速度值Ay，z轴实际的加速度值Az，x轴加速度计输出的电压值Vx，y轴加速度计输出的电压值Vy，z轴加速度计输出的电压值Vz。具体的数据采集步骤如下：当将MEMS传感器沿X轴正方向移动时，采集一组静态数据，该组数据包含x轴实际的加速度值，y轴实际的加速度值，z轴实际的加速度值。然后以同样的方法将MEMS传感器沿x轴负方向，y轴正负方向，z轴正负方向移动，分别采集另外五组静态数据。其中，各组数据之间采集时只需尽量使得MEMS传感器的初始位置及终止位置一致。由于只需要获得沿某方向移动时的一组数据，对MEMS传感器具体位置坐标要求并不是很严格。步骤102，将步骤101中的6组静态数据分别带入加速度计误差模型：加速度计误差模型中，Eij(i＝x、y、z，j＝x、y、z，i≠j)表示两个方向上的加速度计安装误差系数，其中下标i，j代表加速度计安装误差系数所针对的方向。步骤103，利用最小二乘法计算出加速度计误差模型中的各项系数：x轴上加速度的零偏Bx，y轴上加速度的零偏By，z轴上加速度的零偏Bz，x轴加速度计的标度因数Sx，y轴加速度计的标度因数Sy，z轴加速度计的标度因数Sz；完成对MEMS传感器的标定。由于传统的加速度计标定方法需要在三轴转台上同时标定，更需要建立地理坐标系统，内、外、中环轴坐标系等，理想情况下，转台的输入轴、输出轴、摆轴三轴均处于零位时，坐标系是重合的，因此对转台依赖性较高。而对转台无依赖性的方法精度又较低。本方法通过建立加速度计误差模型，只需要采集六个位置的静态加速度计输出的数据，即可完成较高精度的标定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种起重机制动下滑量软测量方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，初始化：对MEMS传感器进行标定，完成初始化；第二步，采样：通过MEMS传感器对起重机吊重系统的吊重瞬间加速度和角速度信息进行采样，并将所述吊重瞬间加速度和角速度信息传输至数据处理模块；第三步，求解如下由第一拉格朗日方程和第二拉格朗日方程联立的吊重系统非线性动力学微分方程组，得到绳长变化值和角度变化值，即为起重机制动下滑量：

【技术特征摘要】
1.一种起重机制动下滑量软测量方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，初始化：对MEMS传感器进行标定，完成初始化；第二步，采样：通过MEMS传感器对起重机吊重系统的吊重瞬间加速度和角速度信息进行采样，并将所述吊重瞬间加速度和角速度信息传输至数据处理模块；第三步，求解如下由第一拉格朗日方程和第二拉格朗日方程联立的吊重系统非线性动力学微分方程组，得到绳长变化值和角度变化值，即为起重机制动下滑量：其中，为钢丝绳长度变化量关于时间t的微分，即所述起重机吊重系统的吊重瞬间加速度，g为重力加速度，θ为吊重摆角，m为吊重质量，x为钢丝绳长变化量，为所述起重机吊重系统的吊重瞬间角速度，k为钢丝绳弹性系数，l0为制动瞬间钢丝绳长度，为吊重摆角变化加速度，Q为风载荷作用力，Q＝CKhqA，C为风力系数，Kh为风压高度系数，q为计算风压，q＝0.613v2，其中v为计算风速，A为吊重垂直于风向的迎风面积。2.根据权利要求1所述的起重机制动下滑量软测量方法，其特征在于，所述第一步中，对MEMS传感器进行标定的过程如下：步骤101，分别将MEMS传感器沿x轴正负方向、y轴正负方向、z轴正负方向六个方向移动，分别在所述六个方向各采集一组静态数据，每组静态数据均包括：x轴实际的加速度值Ax，y轴实际的加速度值Ay，z轴实际的加速度值Az，x轴加速度计输出的电压值Vx，y轴加速度计输出的电压值Vy，z轴加速度计输出的电压值Vz；步骤102，将步骤101中的6组静态数据分别带入加速度计误差模型：其中，Eij(i＝x、y、z，j＝x、y、z，i≠j)表示两个方向上的加速度计安装误差系数，其中下标i，j代表加速度计安装误差系数所针对的方向；步骤103，利用最小二乘法计算出加速度计误差模型中的各项系数：x轴上加速度的零偏Bx，y轴上加速度的零偏By，z轴上加速度的零偏Bz，x轴加速度计的标度因数Sx，y轴加速度计的标度因数Sy，z轴加速度计的标度因数Sz；完成对MEMS传感器的标定。3.如权利要求1至2所述的起重机制动下滑量软测量方法，其特征在于，所述第二步中，在对起重机吊重系统的吊重瞬间加速度和角速度信息进行采样之后，还包括：用卡尔曼滤波器对所述起重机吊重系统的吊重瞬间加速度和角速度信号进行滤波，滤除信号中的脉冲噪声、高频噪声和随机噪声。4.一种起...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建中，王鹏飞，许飞云，贾民平，黄鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32