一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法技术

本发明专利技术提供了一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法，涉及无人天车吊运钢材技术领域。本发明专利技术根据无人天车运行过程的吊具摇摆偏移量进行速度与加速度的自动调整，包括以下步骤：第一步，定义无人天车运行方向坐标系；第二步，设置防摇摆控制周期为T，即按照T间隔周期实施控制；第三步，根据大车、小车实时速度值计算当前加速度值；第四步，通过摆角检测仪实测角度信息，计算吊具相对于天车空间位置的相对偏移量；第五步，基于模糊控制方法，计算获得天车的大车与小车防摇摆加速度的调节增益系数；第六步，根据调节增益系数计算加速度调整量；第七步，通过计算获得的加速度调整量修正加速度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法


[0001]本专利技术涉及无人天车吊运钢材的
，尤其涉及针对无人行车运行过程防摇摆控制的


技术介绍

[0002]随着物联网、人工智能等信息技术的发展，钢铁企业正在向以智能工厂为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的智能制造模式转型。其中，起重机与库区的无人化与智能化建设，成为智能工厂建设极具代表性的一项技术。
[0003]无人天车在变速运动中吊具速度变化滞后于大车和小车速度变化，不可避免的会发生吊具晃动的情况，这给天车的安全运行带来了风险，为了消除这种速度变化的不同步，让天车在最短的时间内平稳的到达目标位置，无人天车控制系统设计中需要开发自动防摇摆控制技术。
[0004]防摇摆控制系统由摆动角度检测仪、红外标记和防摇摆控制模型组成。摆动角度检测仪安装在天车上部，红外标记安装在吊具上部，两两配合使用，可以测得吊具的晃动角度。根据实测的天车晃动角度、天车实际位置、速度信息，实时计算天车加速度调整量，并将该加速度调整量传递到传动变频器，即可控制天车大、小车速度，实现防摇摆控制。
[0005]现阶段的防摇摆控制模型，在由检测角度转化为加速度调整时，未充分考虑吊具相对天车的钢丝绳长度影响，并且未充分考虑偏移程度、天车运行速度方向、偏移方向等因素对调节增益的影响，容易导致参数设置合理所引起的调节效率低或者过调节问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决上述技术问题，提供一种模糊变增益防摇摆控制技术，充分考虑各种影响因素动态设置调节增益，充分保证了防摇摆控制的调节效率与控制稳定性。
[0007]本专利技术提供了一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法，根据无人天车运行过程的吊具摇摆偏移量进行速度与加速度的自动调整，包括以下步骤：
[0008]步骤1：定义无人天车运行方向坐标系，包括：
[0009]无人天车运行方向包括大车运动方向、小车运动方向、吊具运动方向以及吊具相对小车转动方向四个自由度，以无人天车HOME位为原点、大车前进方向为X轴正向、小车前进方向为Y轴正向建立平行于水平面的天车运行坐标系；
[0010]步骤2：设置防摇摆控制周期为T，即按照T间隔周期实施控制，包括：
[0011]实时测量获取无人天车T
n
‑1时刻的大车位置，小车位置，大车速度V
XTn
‑1，小车速度V
YTn
‑1，以及无人天车T
n
时刻的大车位置，小车位置，大车速度V
XTn
，小车速度V
YTn
；
[0012]步骤3：根据大车速度从V
XTn
‑1到V
XTn
的变化，根据公式(1)计算大车加速度a
XTn
，包括：
[0013]a
XTn
＝(V
XTn
‑
V
XTn
‑1)/T
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]根据小车速度从V
YTn
‑1到V
YTn
的变化，根据公式(2)计算小车加速度a
YTn
：
[0015]a
YTn
＝(V
YTn
‑
V
YTn
‑1)/T
ꢀꢀꢀ
(2)
[0016]加速度计算完成的同时，也得到了加速度的方向；
[0017]步骤4：通过摆角检测仪实测角度信息，计算吊具相对于天车空间位置的相对偏移量，包括吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
；
[0018]步骤5：基于模糊控制方法，根据吊具X轴偏离程度、大车加速度方向、吊具X轴偏离方向确定，建立模糊控制模型获得大车加速度调节增益系数P
XTn
；根据吊具Y轴偏离程度、小车加速度方向、吊具Y轴偏离方向确定，建立模糊控制模型获得小车加速度调节增益系数P
YTn
；
[0019]步骤6：将吊具X轴偏移程度X
Tn
乘以大车加速度调节增益系数P
XTn
，根据公式(3)得到大车加速度调整量Δa
XTn
：
[0020]Δa
XTn
＝X
Tn
*P
XTn
ꢀꢀꢀ
(3)
[0021]将吊具Y轴偏移程度Y
Tn
乘以小车加速度调节增益系数P
YTn
，根据公式(4)得到小车加速度调整量Δa
YTn
：
[0022]Δa
YTn
＝Y
Tn
*P
YTn
ꢀꢀꢀ
(4)
[0023]步骤7：通过大车、小车加速度调整量Δa
XTn
与Δa
YTn
修正T
n+1
时刻的加速度，根据公式(5)以及公式(6)得到：
[0024]a
XTn+1
＝a
XTn
+Δa
XTn
ꢀꢀꢀ
(5)
[0025]a
YTn+1
＝a
YTn
+Δa
YTn
ꢀꢀꢀ
(6)
[0026]至此，完成了根据摇摆偏移量的天车加速度调整控制。
[0027]优选地，步骤4中，通过摆角检测仪实测角度信息，计算吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
，包括：
[0028]将小车水平面按XY轴分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限，主钩钢丝绳长度为L，L在XZ平面投影为L
xz
，L
xz
在XZ平面与Z轴的夹角为α1，L在YZ平面上投影为L
yz
，L
yz
在YZ平面与Z轴的夹角为α2，夹角α1与α2即为摆角检测仪实测角度；
[0029]根据公式(7)以及公式(8)，计算T
n
时刻吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
：
[0030]X
Tn
＝L
xz
·
sinα1ꢀꢀꢀ
(7)
[0031]Y
Tn
＝L
yz
·
sinα2ꢀꢀꢀ
(8)
[0032]根据公式(9)以及公式(10)，由空间中存在的几何关系得到：
[0033][0034][0035]联立所述公式(9)以及公式(10)解得吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
分别与夹角α1、α2之间的关系式：
[0036][0037][0038]由此，根据摆角检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法，其特征在于：根据无人天车运行过程的吊具摇摆偏移量进行速度与加速度的自动调整，包括以下步骤：步骤1：定义无人天车运行方向坐标系，包括：无人天车运行方向包括大车运动方向、小车运动方向、吊具运动方向以及吊具相对小车转动方向四个自由度，以无人天车HOME位为原点、大车前进方向为X轴正向、小车前进方向为Y轴正向建立平行于水平面的天车运行坐标系；步骤2：设置防摇摆控制周期为T，即按照T间隔周期实施控制，包括：实时测量获取无人天车T
n
‑1时刻的大车位置，小车位置，大车速度V
XTn
‑1，小车速度V
YTn
‑1，以及无人天车T
n
时刻的大车位置，小车位置，大车速度V
XTn
，小车速度V
YTn
；步骤3：根据大车速度从V
XTn
‑1到V
XTn
的变化，根据公式(1)计算大车加速度a
XTn
，包括：a
XTn
＝(V
XTn
‑
V
XTn
‑1)/T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)根据小车速度从V
YTn
‑1到V
YTn
的变化，根据公式(2)计算小车加速度a
YTn
：a
YTn
＝(V
YTn
‑
V
YTn
‑1)/T
ꢀꢀꢀꢀ
(2)加速度计算完成的同时，也得到了加速度的方向；步骤4：通过摆角检测仪实测角度信息，计算吊具相对于天车空间位置的相对偏移量，包括吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
；步骤5：基于模糊控制方法，根据吊具X轴偏离程度、大车加速度方向、吊具X轴偏离方向确定，建立模糊控制模型获得大车加速度调节增益系数P
XTn
；根据吊具Y轴偏离程度、小车加速度方向、吊具Y轴偏离方向确定，建立模糊控制模型获得小车加速度调节增益系数P
YTn
；步骤6：将吊具X轴偏移程度X
Tn
乘以大车加速度调节增益系数P
XTn
，根据公式(3)得到大车加速度调整量Δa
XTn
：Δa
XTn
＝X
Tn
×
P
XTn
ꢀꢀꢀꢀ
(3)将吊具Y轴偏移程度Y
Tn
乘以小车加速度调节增益系数P
YTn
，根据公式(4)得到小车加速度调整量Δa
YTn
：Δa
YTn
＝Y
Tn
×
P
YTn
ꢀꢀꢀꢀ
(4)步骤7：通过大车Δa
XTn
与小车加速度调整量Δa
YTn
修正T
n+1
时刻的加速度，根据公式(5)以及公式(6)得到：a
XTn+1
＝a
XTn
+Δa
XTn
ꢀꢀꢀꢀ
(5)a
YTn+1
＝a
YTn
+Δa
YTn
ꢀꢀꢀꢀ
(6)至此，完成了根据摇摆偏移量的天车加速度调整控制。2.根据权利要求1所述的一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法，其特征在于：步骤4中，通过摆角检测仪实测角度信息，计算吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
，包括：将小车水平面按XY轴分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限，主钩钢丝绳长度为L，L在XZ平面投影为L
xz
，L
xz
在XZ平面与Z轴的夹角为α1，L在YZ平面上投影为L
yz
，L
yz
在YZ平面与Z轴的夹角为α2，夹角α1与α2即为摆角检测仪实测角度；根据公式(7)以及公式(8)，计算T
n
时刻吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
：X
Tn
＝L
xz
·
sinα1ꢀꢀꢀꢀ
(7)Y
Tn
＝L
yz
·
sinα2ꢀꢀꢀꢀ
(8)
根据公式(9)以及公式(10)，由空间中存在的几何关系得到：根据公式(9)以及公式(10)，由空间中存在的几何关系得到：联立所述公式(9)以及公式(10)解得吊具X轴偏移程度X
Tn
和吊具Y轴偏移程度Y
Tn
分别与夹角α1、α2之间的关系式：之间的关系式：由此，根据摆角检测仪实测角度α1、α2计算出吊具X轴偏移程度X
Tn
、吊具Y轴偏移程度Y
Tn
。3.根据权利要求1或2所述的一种无人天车运行过程中的防摇摆控制方法，其特征在于：所述步骤5中，基于模糊控制方法，获得大车加速度调节增益系数P
XTn
，包括：步骤5.1：确定输入、输出变量的模糊子集，包括：包括吊具X轴偏离程度、大车加速度方向、吊具X轴偏离方向和大车加速度调节增益系数，模糊子集取值设定如下：吊具X轴偏离程度X
Tn
在模糊运算中记为S，设定其模糊子集m
S
为：{大，中，小}；大车加速度方向在模糊运算中记为D，设定其模糊子集m
D
为：{正，负}；吊...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓晨，王程允，周杰，杨荃，刘洋，徐冬，邵健，彭功状，张学军，徐亚滨，李颖斌，谢再兴，单静波，徐言东，
申请(专利权)人：北京科技大学设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：