基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法，步骤：获取常设常数；将常设常数输入提升控制参数计算模型，提升控制参数计算模型输出加速度幅值a1和a2，切换时间t

【技术实现步骤摘要】
基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法


[0001]本专利技术涉及岸桥起重机的轨迹规划
，涉及一种基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法、设备及存储介质，特别涉及一种通过相平面法规划负载摆角，利用相平面轨迹进行线性逼近的方法处理变绳长问题，实现起重机防摇的方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]集装箱起重机广泛应用于港口、物流公司等多种工作环境中。随着社会生活节凑的加快，物流时效的要求也不断提高，因此需要研究效率较高的起重机控制方案。为了确保快速并精确的将货物运送到目标位置，不仅要求提高运输效率和增强起重机系统的安全性，同时还要求工作过程中，负载摆动要尽可能小，需要满足工作环境的要求，实现精确定位。
[0003]绳长变化时，在不考虑大车运行的情况下，此系统就为一个多输入多输出的复杂控制系统。不仅要控制小车运行，还要控制负载的提升与下降，同时要求小车较快的达到目标位置，并且负载摆角输出较小。针对变绳长的情况，许多学者使用反馈控制进行防摇设计。比如，设计状态观测器消除负载摆动的方法、模糊逻辑或模糊估计反馈防摇控制策略、自适应控制以及滑模控制在防摇中的应用等。这些闭环控制防摇方法增加了系统的复杂性和投入成本。为了降低系统复杂度以及节约成本，同时保证起重机快速高效的完成运输工作，有许多学者投身研究变绳长下的开环控制防摇方法。比如，采用多次多项式或多次线性插值拟合负载轨迹的方法进行防摇控制，并没有取得很好的防摇效果，同时存在较大的残余误差。
[0004]因此，开发一种系统简单、成本低廉、防摇效果好且残余误差较小的变绳长集装箱起重机防摇控制方法极具现实意义。

技术实现思路

[0005]由于现有技术存在上述缺陷，本专利技术提供了一种系统简单、成本低廉、防摇效果好且残余误差较小的变绳长集装箱起重机防摇控制方法，具体地，使小车运动的同时负载具有提升和下降运动，通过线性逼近，规划负载摆角的相平面轨迹，有效抑制负载摆动，缓解系统残余振荡，提高起重机系统的工作效率，克服了现有变绳防摇控制方法无法兼顾低成本和良好防摇效果的缺陷。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法，包括以下步骤：
[0008](1)获取吊绳长度l、小车目标距离S
x
、小车最大速度v
max
、最大摆角θ
max
、提升加速度a
vl
及最大提升速度v
lmax
并确定控制方案类型，所述控制方案类型为提升
‑
保持
‑
下降或提升
‑
保持；
[0009](2)判断控制方案类型是否为提升
‑
保持
‑
下降，如是则进入步骤(3)，反之则进入
步骤(5)；
[0010](3)将步骤(1)获取的参数输入提升控制参数计算模型，提升控制参数计算模型输出加速度幅值a1和a2，切换时间t
a1
、t
b
、t
a2
和t
c
，提升控制参数计算模型涉及的计算公式如下：
[0011]S
x
＝a1t
a12
+a2t
a22
+t
c
(a1t
a1
+a2t
a2
)+2a1t
a1
t
a2
+2a1t
a1
t
b
[0012]v
max
＝a1t
a1
+a2t
a2
[0013]θ
max
＝r2[0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024]t
d
＝t
a1
+t
b
；
[0025](4)根据步骤(3)所得的提升控制参数和控制方案类型确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制，所述控制方案中下降控制参数与提升控制参数匹配；
[0026](5)将步骤(1)获取的参数输入提升控制参数计算模型，提升控制参数计算模型输出加速度幅值a1和a2，切换时间t
a1
、t
b
、t
a2
和t
c
，再将步骤(1)获取的参数输入保持控制参数计算模型，保持控制参数计算模型输出加速度幅值a
12
和a
22
，切换时间t
a12
、t
b2
和t
a22
，保持控制参数计算模型涉及的计算公式与提升控制参数计算模型基本相同，不同在于其还包括以下公式：
[0027]ω1＝ω2＝ω3＝ω
n
；
[0028](6)根据步骤(5)所得的提升控制参数、保持控制参数和控制方案类型确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制。
[0029]为了提高岸桥起重机的工作效率，通常考虑小车运动的同时伴有负载的提升与下
降，因此提出一种变绳长集装箱起重机的防摇方案，由如图1根据动力学公式可知负载摆角具有如下关系式：
[0030][0031]其中，l
i
＝l
‑
v
l
t
[0032]式中：t表示时间，变量(t)表示该变量关于时间的变量，表达摆角加速度，θ(t)表示摆角，ω
n
表示自然振荡频率，g表示重力加速度，l为绳的初始长度，v
l
为绳的提升速度，a
c
表示小车加速度。
[0033]分析系统的数学模型方程可知，在时变系统下，负载摆角的相平面轨迹表现出极限环行为。当提升速度v
l
＜0时，根据式，在相平面上得到一族极限环，平衡解是一个不稳定的焦点，如图2所示。当提升速度v
l
＞0时，根据式，在相平面内得到另一族极限环，平衡解是一个稳定的焦点，如图3所示。当起重机在运行过程中适当切换工况时，会有一族极限环组合，如图2中的实体轨迹OABCO所示，让负载摆角及小车速度在适当的时间内归零。
[0034]研究发现使用双步加速时，大振荡发生的周期非常短，以至于线性和非线性频率近似之间的差异不会产生与所需系统动力学的显著偏差。从欠驱动起重机模型公式的双步加速相平面轨迹变化规律中可以找到形如OABCO的轨迹轮廓，如图4所示。因此表明利用双步加速进行相平面轨迹规划时，将式线性逼近式是有效可行的。
[0035][0036]在小车加速阶段，主要分为三段进行逼近，在每一段逼近过程中，取切换时间的中点时刻的绳长计算自然振荡频率。小车减速阶段与加速阶段对称，这里不再赘述，相平面轨迹设计如图4所示。
[0037]利用输入整形器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法，其特征在于∶包括以下步骤：(1)获取吊绳长度l、小车目标距离S
x
、小车最大速度v
max
、最大摆角θ
max
、提升加速度a
vl
及最大提升速度v
lmax
并确定控制方案类型，所述控制方案类型为提升
‑
保持
‑
下降或提升
‑
保持；(2)判断控制方案类型是否为提升
‑
保持
‑
下降，如是则进入步骤(3)，反之则进入步骤(5)；(3)将步骤(1)获取的参数输入提升控制参数计算模型，提升控制参数计算模型输出加速度幅值a1和a2，切换时间t
a1
、t
b
、t
a2
和t
c
，提升控制参数计算模型涉及的计算公式如下：S
x
＝a1t
a12
+a2t
a22
+t
c
(a1t
a1
+a2t
a2
)+2a1t
a1
t
a2
+2a1t
a1
t
b
v
max
＝a1t
a1
+a2t
a2
θ
max
＝r
2222222222
t
d
＝t
a1
+t
b
；(4)根据步骤(3)所得的提升控制参数和控制方案类型确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制，所述控制方案中下降控制参数与提升控制参数匹配；(5)将步骤(1)获取的参数输入提升控制参数计算模型，提升控制参数计算模型输出加速度幅值a1和a2，切换时间t
a1
、t
b
、t
a2
和t
c
，再将步骤(1)获取的参数输入保持控制参数计算模型，保持控制参数计算模型输出加速度幅值a
12
和a
22
，切换时间t
a12
、t
b2
和t
a22
，保持控制参
数计算模型涉及的计算公式与提升控制参数计算模型基本相同，不同在于其还包括以下公式：ω1＝ω2＝ω3＝ω
n
；(6)根据步骤(5)所得的提升控制参数、保持控制参数和控制方案类型确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制。2.根据权利要求1所述的基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法，其特征在于，所述提升控制参数包括加速度幅值a1和a2，切换时间t
a1
、t
b
、t
a2
和t
c
；所述保持控制参数包括加速度幅值a
12
和a
22
，切换时间t
a12
、t
b2
和t
a22
。3.根据权利要求2所述的基于相平面轨迹规划的变绳长集装箱起重机防摇控制方法，其特征在于，步骤(4)中的控制方案具体为在0～t
a1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛王强，黄文波，杨育青，张依恋，周贤文，顾伟，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：