一种基于输入整形器的卸船机防摇方法及系统技术方案

本发明专利技术属于卸船机技术领域，具体提供了一种基于输入整形器的卸船机防摇方法及系统，其中方法包括：根据卸船机小车的最大行驶范围和预期加速度，计算出卸船机小车运行的最大速度，作为预期速度信号；将预期速度信号求导得到预期加速度信号；将预期加速度信号与脉冲序列进行卷积计算，得到整形加速度信号；对所述整形加速度信号进行积分运算得到最终的防摇速度信号；根据防摇速度信号控制用于驱动卸船机小车移动的电机的转速。本方案输入整形是通过构造一系列的幅值时滞都不同的脉冲序列，将期望输入与脉冲序列卷积运算，最终得到整形的输入信号(即整形加速度信号)的前馈式开环控制方法。具有成本低，控制效果好等优点。控制效果好等优点。控制效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于输入整形器的卸船机防摇方法及系统


[0001]本专利技术涉及卸船机
，更具体地，涉及一种基于输入整形器的卸船机防摇方法及系统。

技术介绍

[0002]卸船机是一种利用连续输送机械制成的，具有可升降取料、送料装置，可以将散粒物料连续提出船舱，卸到吊杆或机架上，并运到岸边主输送系统的专用机械。所有的卸船机的起升机构都是由一个负载通过起重绳索连接到卸船机小车上的柔性机械系统，起重绳索由起重电机驱动，通过收卷或放卷起重绳索以带动卸船机小车移动。在装船和卸船的过程中，卸船机小车将载荷沿吊杆从船上移到岸上，反之亦然。在移动过程中，提升机构的结构导致载荷在垂直位置附近摆动。装载物的摆动增加了装卸时间，并增加了与其他物体碰撞的可能性。装载物的摆动是无法避免的，但可以通过使用适当的防摆动系统从根本上减少。
[0003]一般来说，电子防摇系统分为两大类：开环反馈和闭环反馈系统。闭环系统是基于当前负载角度偏差、卸船机小车位置及其速度的反馈信息(由附加传感器测量)。开环系统通过应用前馈动作进行操作。它们可以预见误差，并试图在误差发生之前消除它。
[0004]通常来说，闭环反馈系统利用精密测量传感器比如摄像头实时反馈吊具偏摆角度，能实现良好的防摇摆效果。但目前更多停留于理论阶段，实际应用案例较少，且所需的精密传感器会使项目成本大大上升。系统抗干扰能力不强，比如当系统起吊绳长、风速和系统摩擦力改变时，闭环反馈的可靠性会降低，系统调节过于频繁。这些问题限制了闭环反馈电子防摇系统的推广和应用。

技术实现思路
r/>[0005]本专利技术针对现有技术中存在的在装船和卸船的过程中，装载物摆动大的技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种基于输入整形器的卸船机防摇方法，包括以下步骤：
[0007]S1，根据卸船机小车的最大行驶范围和预期加速度，计算出卸船机小车运行的最大速度，作为预期速度信号；
[0008]S2，将预期速度信号求导得到预期加速度信号；
[0009]S3，将预期加速度信号与脉冲序列进行卷积计算，得到整形加速度信号；
[0010]S4，对所述整形加速度信号进行积分运算得到最终的防摇速度信号；
[0011]S5，根据防摇速度信号控制用于驱动卸船机小车移动的电机的转速。
[0012]优选地，所述S1之前还包括步骤S0，建立卸船机小车、钢丝绳及负载所构成的力学模型：
[0013]电机驱动卸船机小车移动，卸船机小车通过钢丝绳吊起负载；卸船机小车的钢轮与钢轨之间的摩擦力忽略不计；钢丝绳的长度是定常数；卸船机小车和负载设定为点质量，只在二维x
‑
y坐标平面内移动。
[0014]优选地，所述S0具体包括：
[0015]在卸船机小车加速时，负载从平衡位置顺时针移动，在这种情况下，角偏差θ为负；在卸船机小车减速时，负载逆时针移动，在这种情况下，角偏差θ为正；得到力学模型的系统动力学方程如下：
[0016][0017][0018]上式中，设定钢丝绳定滑轮的半径为0，卸船机小车质量为M,吊具负载质量为m,绳长为l,偏摆角度为θ，重力加速度为g，卸船机小车位移为x,卸船机小车受到的驱动力为F，摩擦阻尼系数为μ。
[0019]优选地，所述S0具体包括：
[0020]记sinθ≈θ,cosθ≈0，且摆角速度与摆角加速度视为0，由于钢丝绳为刚性绳，钢丝绳长l视为常数，绳长变化速率视为0，将所述系统动力学方程简化为：
[0021][0022][0023]联立(3)(4)两式，得到关于卸船机小车加速度与吊具负载的摆角角加速度的方程：
[0024][0025][0026]优选地，所述S3具体包括：
[0027]通过零振动整形法(ZV)构造幅值时滞都不同的脉冲序列，将预期加速度信号与脉冲序列进行卷积运算，得到整形加速度信号。
[0028]优选地，所述通过零振动整形法(ZV)构造幅值时滞都不同的脉冲序列包括：
[0029]第一个脉冲，启动系统振荡，位于时间零点，第二个脉冲延迟一半的振荡周期，第二个脉冲引起的振荡与第一个振荡不在一个相位上起到抵消作用。
[0030]优选地，所述S5之后还包括：
[0031]利用MATLAB仿真软件进行仿真实验，得到未输入整形与经过ZV整形器的阶跃响应图形，比较二者的响应波形的幅值波动以检验力学模型的效果。
[0032]本专利技术还提供了一种基于输入整形器的卸船机防摇系统，所述系统用于实现基于输入整形器的卸船机防摇方法，包括：
[0033]预期信号获取模块，用于根据卸船机小车的最大行驶范围和预期加速度，计算出卸船机小车运行的最大速度，作为预期速度信号；将预期速度信号求导得到预期加速度信号；
[0034]防摇速度信号获取模块，用于将预期加速度信号与脉冲序列进行卷积计算，得到整形加速度信号；对所述整形加速度信号进行积分运算得到最终的防摇速度信号；
[0035]信号输入模块，用于根据防摇速度信号控制用于驱动卸船机小车移动的电机的转速。
[0036]本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器
中存储的计算机管理类程序时实现基于输入整形器的卸船机防摇方法的步骤。
[0037]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现基于输入整形器的卸船机防摇方法的步骤。
[0038]有益效果：本专利技术提供的一种基于输入整形器的卸船机防摇方法及系统，其中方法包括：根据卸船机小车的最大行驶范围和预期加速度，计算出卸船机小车运行的最大速度，作为预期速度信号；将预期速度信号求导得到预期加速度信号；将预期加速度信号与脉冲序列进行卷积计算，得到整形加速度信号；对所述整形加速度信号进行积分运算得到最终的防摇速度信号；根据防摇速度信号控制用于驱动卸船机小车移动的电机的转速。本方案输入整形是通过构造一系列的幅值时滞都不同的脉冲序列，将期望输入与脉冲序列卷积运算，最终得到整形的输入信号(即整形加速度信号)的前馈式开环控制方法。具有成本低，控制效果好等优点。
附图说明
[0039]图1为本专利技术提供的一种基于输入整形器的卸船机防摇方法流程图；
[0040]图2为本专利技术提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0041]图3为本专利技术提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
[0042]图4为本专利技术提供的卸船机小车、钢丝绳及负载所构成的力学模型图；
[0043]图5为本专利技术提供的基于MATLAB仿真软件仿真图。
具体实施方式
[0044]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0045]图1为本专利技术提供的一种基于输入整形器的卸船机防摇方法，包括以下步骤：
[0046]S1，根据卸船机小车的最大行驶范围和预期加速度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于输入整形器的卸船机防摇方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，根据卸船机小车的最大行驶范围和预期加速度，计算出卸船机小车运行的最大速度，作为预期速度信号；S2，将预期速度信号求导得到预期加速度信号；S3，将预期加速度信号与脉冲序列进行卷积计算，得到整形加速度信号；S4，对所述整形加速度信号进行积分运算得到最终的防摇速度信号；S5，根据防摇速度信号控制用于驱动卸船机小车移动的电机的转速。2.根据权利要求1所述的基于输入整形器的卸船机防摇方法，其特征在于，所述S1之前还包括步骤S0，建立卸船机小车、钢丝绳及负载所构成的力学模型：电机驱动卸船机小车移动，卸船机小车通过钢丝绳吊起负载；卸船机小车的钢轮与钢轨之间的摩擦力忽略不计；钢丝绳的长度是定常数；卸船机小车和负载设定为点质量，只在二维x
‑
y坐标平面内移动。3.根据权利要求2所述的基于输入整形器的卸船机防摇方法，其特征在于，所述S0具体包括：在卸船机小车加速时，负载从平衡位置顺时针移动，在这种情况下，角偏差θ为负；在卸船机小车减速时，负载逆时针移动，在这种情况下，角偏差θ为正；得到力学模型的系统动力学方程如下：学方程如下：上式中，设定钢丝绳定滑轮的半径为0，卸船机小车质量为M,吊具负载质量为m,绳长为l,偏摆角度为θ，重力加速度为g，卸船机小车位移为x,卸船机小车受到的驱动力为F，摩擦阻尼系数为μ。4.根据权利要求3所述的基于输入整形器的卸船机防摇方法，其特征在于，所述S0具体包括：记sinθ≈θ,cosθ≈0，且摆角速度与摆角加速度视为0，由于钢丝绳为刚性绳，钢丝绳长l视为常数，绳长变化速率视为0，将所述系统动力学方程简化为：l视为常数，绳长变化速率视为0，将所述系统动力学方程简化为：联立(3)(4)两式，得到关于卸船机小车加速度与吊具负载的摆角角加速度的方程：联立(3)(4)两式，得到关于卸船机小车加速度与吊具负载的摆角角加速度的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻可，丁钢，沈帆，蒋子怿，马建平，
申请(专利权)人：宝信软件武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：