一种基于切换控制的桥式吊车防摇方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于切换控制的桥式吊车防摇方法及系统，包括台车和吊具，包括如下步骤：获取所述台车的目标位置，根据所述台车的单摆周期得到所述台车的加速度轨迹规划；当所述台车到达所述目标位置时，获取所述吊具的角速度，根据所述吊具的角速度得到施加到所述台车上的控制力，当所述吊具的角速度小于预设阈值时完成消摆；检测所述台车的实时位置，根据所述实时位置和所述目标位置之间的误差值，使用变比例控制器使所述台车回到所述目标位置。本发明专利技术提供的基于切换控制的桥式吊车防摇方法及系统，使得台车在运动过程中吊具的摆角能够约束在一个确定的阈值之内，且能保证台车在目标位置处，能够快速将摆角抑制到零。能够快速将摆角抑制到零。能够快速将摆角抑制到零。

【技术实现步骤摘要】
一种基于切换控制的桥式吊车防摇方法及系统


[0001]本专利技术实施例涉及桥式吊车的控制
，特别是涉及一种基于切换控制的桥式吊车的防摇方法及系统。

技术介绍

[0002]桥式吊车作为一种重型的物料搬运设备，被广泛地应用于工业现场，如港口、建筑工地、仓库等。随着生产水平的提高，桥式吊车在工业自动化领域占据着越来越重要的地位。但对于桥式吊车系统，影响传送效率的最大的问题是，在顶部台车运动过程中，底部吊具会产生摆动。吊具的摆动不仅会降低传送的效率，影响着箱的精度，甚至会发生碰撞造成安全问题。但由于桥式吊车是一个欠驱动系统，无法对吊具的摆动直接进行控制，只能通过顶部台车的位移来间接抑制摆动，这也为桥式吊车的控制带来了很大的挑战。因此研究桥式吊车的防摇控制方法对于工业现场作业效率的提升、安全性的保障、自动化程度的提高具有非常重要的意义。
[0003]在现有技术中，工业现场主流的做法是让具有操作经验的工人通过观察吊具的摆动来手动控制台车运动，为了降低现场作业的成本，亟需实现吊车运动的无人化。现有的一些桥式吊车防摇控制方法中，都是通过顶部台车的运动来尽可能减小吊具的摆角，但不能将吊具摆角约束在一个确定的阈值之内。如果不能将吊具摆角约束在一个确定的阈值之内，若摆角过大，就会为工业现场带来一定的安全隐患。即使是对于一些有确定的摆角约束的方法，也是通过开环控制来实现的，运动过程中极易受到风力干扰而导致在目标位置处摆角超出阈值。
[0004]为解决开环控制方法能够实现摆角约束，但无法实现主动消摆，也无法应对外界干扰；闭环控制方法能够实现主动消摆，并具有一定的抗干扰能力，但并不能实现摆角的阈值约束的矛盾。因此需要提供一种桥式吊车防摇方法，能够解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于切换控制的桥式吊车防摇方法及系统，使得台车在运动过程中吊具的摆角能够约束在一个确定的阈值之内，且能保证台车在目标位置处，能够快速将摆角抑制到零。
[0006]本专利技术实施例提供一种基于切换控制的桥式吊车防摇方法，包括台车和吊具，包括如下步骤：
[0007]获取所述台车的目标位置，根据所述台车的单摆周期得到所述台车的加速度轨迹规划；
[0008]当所述台车到达所述目标位置时，获取所述吊具的角速度，根据所述吊具的角速度得到施加到所述台车上的控制力，当所述吊具的角速度小于预设阈值时完成消摆；
[0009]检测所述台车的实时位置，根据所述实时位置和所述目标位置之间的误差值，使用变比例控制器使所述台车回到所述目标位置。
[0010]优选地，在获取所述台车的目标位置之前，还包括根据所述台车的位移和所述吊具的摆角建立单输入二次输出的欠驱动模型：
[0011][0012]其中，M为所述台车的质量，m为所述吊具的质量，l为绳长，θ为所述吊具的摆角，x为所述台车的位移，F为施加于所述台车的控制力，g为重力加速度。
[0013]优选地，所述台车的单摆周期通过以下公式计算得到：
[0014][0015]其中，ω
n
为所述台车的单摆频率，l为绳长，g为重力加速度。
[0016]优选地，所述台车的加速度轨迹规划为基于嵌入斜坡的加速度轨迹规划，通过以下公式计算得到：
[0017]当0≤t≤τ1时，
[0018]当τ1≤t≤T
aux1
‑
τ1时，
[0019]当T
aux1
‑
τ1≤t≤T
aux1
时，
[0020]当T
aux2
≤t≤T
aux2
+τ1时，
[0021]当T
au
+τ1≤t≤T
au
时，
[0022]当T
aux3
≤t≤T
aux4
时，
[0023]其他情况，
[0024]其中，τ1是可调参数，其取值范围是ω
n
为所述台车的单摆频率，a
1max
是所述台车平动过程中的最大加速度值，T
aux
,T
au
,T
aux3
,T
aux4
是常数，其与所述单摆周期T相关。
[0025]优选地，根据所述吊具的角速度得到施加到所述台车上的控制力通过以下公式计算得到：
[0026][0027]其中，k是可调节的常数，表示所述吊具的角速度。
[0028]优选地，所述预设阈值的范围是
‑
0.05rad/s
‑
0.05rad/s。
[0029]优选地，根据所述目标位置和所述实时位置之间的误差值，使用变比例控制器使所述台车回到所述目标位置通过以下公式计算得到：
[0030]e＝x
r
‑
x
[0031]u＝α(e)*e
[0032]α(e)＝A
‑
e
[0033]其中，x表示所述台车的实时位置，x
r
表示所述台车的目标位置，e表示所述目标位置和所述实时位置之间的误差值，α(e)是一个可变参数，随着误差值e的变化而发生变化，A
是一个常数。
[0034]优选地，当所述台车没有到达所述目标位置时，继续使用变比例控制器使所述台车回到所述目标，当所述台车到达所述目标位置时，结束控制。
[0035]本专利技术实施例还提供一种基于切换控制的桥式吊车防摇系统，包括：服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述的方法。
[0036]本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述任一项所述的方法。
[0037]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
[0038]本专利技术实施例的基于切换控制的桥式吊车防摇方法及系统，整个控制过程分成三个阶段，第一个阶段是获取所述台车的目标位置，根据所述台车的单摆周期得到所述台车的加速度轨迹规划；第二个阶段是当所述台车到达所述目标位置时，获取所述吊具的角速度，根据所述吊具的角速度得到施加到所述台车上的控制力，当所述吊具的角速度小于预设阈值时完成消摆；第三个阶段是检测所述台车的实时位置，根据所述目标位置和所述实时位置之间的误差值，使用变比例控制器使所述台车回到所述目标位置；通过分阶段的控制，第一阶段保证台车能够到达目标位置且摆角限制在确定且安全的阈值之内，第二阶段使得摆角迅速收敛到一个极小值，第三阶段使得台车能够回到目标位置处，并且在运动过程中，已经收敛的吊具摆角不再发散。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而不是全部实施例。对于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于切换控制的桥式吊车防摇方法，包括台车和吊具，其特征在于，包括如下步骤：获取所述台车的目标位置，根据所述台车的单摆周期得到所述台车的加速度轨迹规划；当所述台车到达所述目标位置时，获取所述吊具的角速度，根据所述吊具的角速度得到施加到所述台车上的控制力，当所述吊具的角速度小于预设阈值时完成消摆；检测所述台车的实时位置，根据所述实时位置和所述目标位置之间的误差值，使用变比例控制器使所述台车回到所述目标位置。2.根据权利要求1所述的基于切换控制的桥式吊车防摇方法，其特征在于，在获取所述台车的目标位置之前，还包括根据所述台车的位移和所述吊具的摆角建立单输入二次输出的欠驱动模型：其中，M为所述台车的质量，m为所述吊具的质量，l为绳长，θ为所述吊具的摆角，x为所述台车的位移，F为施加于所述台车的控制力，g为重力加速度。3.根据权利要求1所述的基于切换控制的桥式吊车防摇方法，其特征在于，所述台车的单摆周期通过以下公式计算得到：其中，ω
n
为所述台车的单摆频率，l为绳长，g为重力加速度。4.根据权利要求1所述的基于切换控制的桥式吊车防摇方法，其特征在于，所述台车的加速度轨迹规划为基于嵌入斜坡的加速度轨迹规划，通过以下公式计算得到：当0≤t≤τ1时，当τ1≤t≤T
aux1
‑
τ1时，当T
aux
‑
τ1≤t≤T
aux1
时，当T
aux2
≤t≤T
aux2
+τ1时，当T
aux2
+τ1≤t≤T
aux3
时，当T
aux3
≤t≤T
aux4
时，其他情况，其中，τ1是可调参数，其取值范围是ω
n
为所述台车的单摆频率，a
1max
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐璐峰，冯志，杨俊，陈环，
申请(专利权)人：上海驭矩信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：