适用于无人行车的防浪摆控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于无人行车的防浪摆控制系统，包括：传感单元、PLC控制单元、上位机控制单元、驱动单元和机械传动单元；通过传感单元采集大小车和吊重实时位置信息、实时速度信息以及摆动角度信息和角速度信息；PLC控制单元接收传感单元采集的信息，并对传感单元采集的信息通过滤波算法进行滤波和校验；上位机控制单元接收到PLC控制单元传输的当前行车运行状态数据，以当前行车传感单元数据为初始状态，基于行车动力学微分方程，求解当前状态的控制率；驱动单元接收到PLC控制单元的控制量，根据控制信息进行跟随控制，驱动机械传动单元。本发明专利技术通过设计适用于无人行车的防浪摆控制系统，提高起重机控制精度，提高起重机运行效率和起重机安全性。行效率和起重机安全性。行效率和起重机安全性。

【技术实现步骤摘要】
适用于无人行车的防浪摆控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及防摇控制
，具体地，涉及一种适用于无人行车的防浪摆控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]行车在重物调运过程中有着广泛的应用，其作为库区作业的主要工具，对库区作业效率有重要的影响。行车的起重装置升降、大车、小车往复运动，构成了行车吊重的三维空间运动。行车的小车与吊重之间一般采用柔性钢丝绳进行连接，柔性钢丝绳在牵引吊重和传递行车动能的同时，可以减少吊重在空间内三维运行时由于加速和制动等过程中吊重对设备的冲击。
[0003]但是，在行车大车、小车的启动与制动过程中，重物与钢丝绳会绕吊点产生摆动，这种摆动会增加机械设备的劳损，而且大幅度的非受控摆动也可能造成吊重碰撞库区设备等安全隐患。消摆过程会消耗大量时间，降低行车的作业效率，进而影响库区运行效率。
[0004]经过检索，专利文献CN112079252A公开了一种天车吊物防摇控制系统，包括：图像采集模块；与所述图像采集模块相连的图像处理模块；与所述图像处理模块相连防摇数据生成模块；与所述防摇数据生产模块相连的中心分析处理系统；与所述中心分析处理系统相连的车体行进驱动模块。该现有技术的不足之处在于并不能应用于无人行车中。
[0005]专利文献CN104609304B公开了一种起重机的防摇控制系统及其防摇控制方法，包括感测装置、SIMOTION运动控制器、第一SINAMICS驱动器和小车机械驱动装置。感测装置可感测起重机的抓斗的位置并形成感测信号。SIMOTION运动控制器可根据感测信号计算得出抓斗的摆动周期，并根据摆动周期计算得出小车的减速时间信息和加速时间信息。第一SINAMICS驱动器可将减速时间信息转换成减速控制信号，将加速时间信息转换成加速控制信号。小车机械驱动装置可以根据减速控制信号控制起重机的小车减速移动或根据加速控制信号控制起重机的小车加速移动。该现有技术的不足之处在于也不能应用于无人行车中。
[0006]因此，亟需研发设计一种适用于无人行车防浪摆控制方法及其方法。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于无人行车的防浪摆控制系统及其控制方法，能够实现基于控制理论的防摇摆动作控制，从而替代人工经验，不依赖现场操作人员的技术水平而到达高效稳定的控制策略，保证了控制方法的稳定性和可靠性。
[0008]根据本专利技术提供的一种适用于无人行车的防浪摆控制系统，包括：
[0009]传感单元：通过定位设备采集大小车和吊重实时位置信息，传感设备采集大小车和吊重实时速度信息，通过相机采集吊重摆动角度信息和角速度信息；
[0010]PLC控制单元：PLC控制单元接收传感单元采集的信息，并对传感单元采集的信息
通过滤波算法进行滤波和校验，将预处理后的传感单元的数据发送至上位机控制单元；
[0011]上位机控制单元：上位机控制单元接收到PLC控制单元传输的当前行车运行状态数据，以当前行车传感单元数据为初始状态，基于行车动力学微分方程，求解当前状态的控制率；
[0012]驱动单元：驱动单元接收到PLC控制单元的控制量，根据控制信息进行跟随控制，驱动机械传动单元；
[0013]机械传动单元：机械传动单元作为执行机构实现无人行车的运输。
[0014]优选地，PLC控制单元接收上位机控制单元的控制率，将控制率转化为驱动单元可识别的控制量。
[0015]优选地，上位机控制单元将当前状态的控制率下发至PLC控制单元进行运算。
[0016]优选地，传感单元采集数据之后，建立防浪摆运行三维动力学模型：
[0017][0018]式中：行车运行速度v，行车位移x，初始摆角θ；角速度绳长变化l(t)；
[0019]重力加速度g，行车加速度a。
[0020]优选地，传感单元采集数据之前，建立行车运动模型，行车运行过程中分为大车和小车运行，大车延地面轨道进行运动，小车延大车轨道方向进行运动，以大车运动方向为X轴，以检测传感器数值增大的方向为正方向；小车运动方向为Y轴，以检测传感器数值增大的方向为正方向；和起升方向为Z轴以检测传感器数值增大的方向为正方向，吊重在水平面上的运动过程相对独立，但是X轴与Z轴联动过程中，两轴运动过程由于圆弧运行中向心力和吊重切向运行速度之间存在物理关系，行车X轴与Z轴运动共同影响吊重在正交坐标系下的运行轨迹，Y轴与Z轴运动之间对吊重运行产生复合作用。
[0021]根据本专利技术提供的一种适用于无人行车的防浪摆控制方法，包括如下步骤：
[0022]步骤S1：利用上位机控制单元的目标指令信息；
[0023]步骤S2：上位机控制单元通过PLC控制单元采集当前行车位置状态；
[0024]步骤S3：上位机控制单元基于现有信息生成行车运行任务；
[0025]步骤S4：PLC控制单元采集当前行车传感单元运行状态。
[0026]优选地，还包括步骤S5：PLC控制单元判断传感单元与机械传动单元是否异常，如果系统异常，系统报警至上位机控制单元；如果系统正常，PLC控制单元将防浪摆任务信号传送至防浪摆控制系统；
[0027]优选地，还包括步骤S6：防浪摆控制系统接收运行信号，判断当前防浪摆角度是否满足行车运行条件，如果不满足行车运行条件，行车处于等待状态；如果满足运行条件，行车防浪摆运行三维动力学模型参与实施计算；
[0028]步骤S7：建立行车防浪摆动力学状态方程：
[0029][0030]优选地，还包括步骤S8：随着绳长的变化，当小车匀速运行过程中，运行轨线呈螺旋线变化，图像与Y轴的交点位置角速度为0，此时系统达到平衡状态。
[0031]优选地，还包括步骤S9：
[0032]当小车匀加速或者匀减速的过程时间如果为摆动周期T的整数倍时，摆动的角度和角速度可以回归为零；
[0033]当小车角度和角速度回归为零的时刻，小车如果匀速运动，在匀速运动阶段将摆动。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0035]1、本专利技术通过采用动力学建模方法，求解行车三维运行状态下的运行特征，从而为无人行车的三轴联动防摇控制器设计提供理论依据。
[0036]2、本专利技术通过采用基于模型的行车防摇控制方法，从而实现被控无人行车吊具快速稳定定位的控制效果。
[0037]3、本专利技术通过小车速度设计为三段型速度控制曲线，加速和减速的时间为摆动周期的整数倍，使得负载摆动正好回归零点位置时，小车匀速运动，从而负载不再摆动，达到消除负载摆动的目的。
附图说明
[0038]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0039]图1为本专利技术中适用于无人行车的防浪摆控制系统的整体结构图；
[0040]图2为本专利技术中行车吊重系统示意图；
[0041]图3为本专利技术中行车运动示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于无人行车的防浪摆控制系统，其特征在于，包括：传感单元：通过定位设备采集大小车和吊重实时位置信息，传感设备采集大小车和吊重实时速度信息，通过相机采集吊重摆动角度信息和角速度信息；PLC控制单元：PLC控制单元接收传感单元采集的信息，并对传感单元采集的信息通过滤波算法进行滤波和校验，将预处理后的传感单元的数据发送至上位机控制单元；上位机控制单元：上位机控制单元接收到PLC控制单元传输的当前行车运行状态数据，以当前行车传感单元数据为初始状态，基于行车动力学微分方程，求解当前状态的控制率；驱动单元：驱动单元接收到PLC控制单元的控制量，根据控制信息进行跟随控制，驱动机械传动单元；机械传动单元：机械传动单元作为执行机构实现无人行车的运输。2.根据权利要求1所述的适用于无人行车的防浪摆控制系统，其特征在于，包括：所述PLC控制单元接收上位机控制单元的控制率，将控制率转化为驱动单元可识别的控制量。3.根据权利要求1所述的适用于无人行车的防浪摆控制系统，其特征在于，所述上位机控制单元将当前状态的控制率下发至所述PLC控制单元进行运算。4.根据权利要求1所述的适用于无人行车的防浪摆控制系统，其特征在于，所述传感单元采集数据之后，建立防浪摆运行三维动力学模型：式中：行车运行速度v，行车位移x，初始摆角θ；角速度绳长变化l(t)；重力加速度g，行车加速度a。5.根据权利要求1所述的适用于无人行车的防浪摆控制系统，其特征在于，所述传感单元采集数据之前，建立行车运动模型，行车运行过程中分为大车和小车运行，大车延地面轨道进行运动，小车延大车轨道方向进行运动，以大车运动方向为X轴，以检测传感器数值增大的方向为正方向；小车运动方向为Y轴，以检测传感器数值增大的方向为正方向；和起升方向为Z轴以检测传感器数值增大的方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金聪，高雄，原晓琴，陶钧，傅中忠，王成润，李岷，李林，
申请(专利权)人：上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：