【技术实现步骤摘要】
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起重机输入整形防摇控制方法、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再利用输入整形技术进行起重机防摇的方法、设备及存储介质。
技术介绍
1、随着港口物流的快速发展，集装箱起重机在港口货物运输中得到了广泛的应用，在各个工业生产领域也做出了巨大贡献。由于其应用范围广泛，对其要求也越来越高，需要有更好的机动性、安全性、准确性和良好的防摇效果。
2、起重机在装卸运输工作中，不仅要求操作人员具有丰富的经验还要求具有熟练的操作技能，这使得装卸效率难以大幅度提高。因此为了保证起重机安全高效作业的同时对负载摆动进行有效控制受到广泛关注。集装箱起重机防摇的关键问题在于小车加速度大小以及加速时间对摆角大小的影响。目前防摇方法主要分为开环和闭环控制方法，因为闭环控制防摇方法需要增加传感器和控制器，使控制系统复杂化，增加了投入成本，并且传感器和控制器会受到环境的影响，检测与传输数据并不准确，会影响防摇效果。为了降低系统复杂度以及节约成本，很多起重机采用开环控制防摇方法，但这些防摇方法并未涉及基于相平面轨迹规划的输入整形技术规划摆角从而控制摆角大小的防摇方法。
3、因此，开发一种基于相平面轨迹规划的输入整形技术规划摆角从而控制摆角大小的防摇方法极具现实意义。
技术实现思路
1、由于现有技术存在上述缺陷，本专利技术提供了一种基于相平面轨迹规划的输入整形技术规划摆角从而控制摆角大小的防摇方法，克服了现有岸桥起重机
2、为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，包括以下步骤：
4、(1)获取吊绳长度l及最大摆角θmax；
5、(2)判断是否获取小车目标距离sx，如是则进入步骤(3)，反之则进入步骤(8)；
6、(3)判断是否获取小车最大速度vmax，如是则进入步骤(4)，反之则进入步骤(6)；
7、(4)将步骤(1)获取的参数、小车目标距离sx及小车最大速度vmax输入控制参数计算模型i，控制参数计算模型i输出加速度幅值a1和a2，切换时间ta、tb和tc，控制参数计算模型i涉及的计算公式如下：
8、α1＝ωnta
9、
10、
11、
12、
13、sx＝4a1ta2+a2yb2+2a1tatb+2a2tatb+2a1tatc+a2tbtc
14、vmax＝2a1ta+a2tb；
15、(5)根据步骤(4)所得的控制参数确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制；
16、(6)将步骤(1)获取的参数及小车目标距离sx输入控制参数计算模型ii，控制参数计算模型ii输出加速度幅值a1和a2，切换时间ta、tb和tc，控制参数计算模型ii涉及的计算公式如下：
17、α1＝ωnta
18、
19、
20、
21、
22、sx＝4a1ta2+a2tb2+2a1tatb+2a2tatb+2a1tatc+a2tbtc；
23、(7)根据步骤(6)所得的控制参数确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制；
24、(8)判断是否获取小车最大速度vmax，如是则进入步骤(9)，反之则返回步骤(1)；
25、(9)将步骤(1)获取的参数及小车最大速度vmax输入控制参数计算模型iii，控制参数计算模型iii输出加速度幅值a1和a2，切换时间ta和tb，控制参数计算模型iii涉及的计算公式如下：
26、α1＝ωnta
27、
28、
29、
30、
31、vmax＝2a1ta+a2tb；
32、(10)根据步骤(9)所得的控制参数确定控制方案，并根据控制方案对小车进行控制。
33、本专利技术的方法的设计思路如下：
34、由于当下岸桥起重机主要困扰问题是负载摆角的大小抑制以及消除问题，因此本专利技术提出一种摆角轨迹规划的防摇方案，由图1根据动力学公式可知负载摆角具有如下关系式：
35、
36、式中：t表示时间，变量后(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，ωn表示自然振荡频率，g表示重力加速度，ac表示小车加速度。
37、当ac为常数时，式(1)的轨迹为圆，本专利技术考虑小车连续三段加速后匀速运动，再进行相对应的减速运动，直至小车速度为0的情况，因此设计负载摆角相平面轨迹，如图2实线轨迹所示。
38、为了使负载摆角可按照规划轨迹运行，利用输入整形技术将小车加速度输入信号整形为可以按照规划轨迹运行的输出信号，信号整形示意图如图3所示，小车整形后加速度大小及切换时间示意图如图4所示，小车进行连续三段加速，首先以加速度大小为a1加速ta秒，再以加速度大小为a2加速tb秒，最后再以加速度大小为a1加速ta秒，然后进行tc秒的匀速运动，进入与加速对称的减速运动，其表达式如下：
39、
40、根据整形后的小车加速度输出信号，以及负载摆角轨迹的变化状态确定加速度大小以及切换时间。
41、考虑到相平面轨迹关于横、纵轴对称，在此仅对加速以及匀加速过程进行分析。
42、当0≤t＜ta时，加速度为a1，基于式(1)解微分方程得：
43、
44、为了得到摆角的加速度方程，将式(3)对时间t进行一阶求导得：
45、
46、为了方便接下来的相平面轨迹分析，引入如下尺度化的角速度信号：
47、
48、基于式(3)～(5)，可得：
49、
50、可见当0≤t＜ta与ta+tb≤t＜2ta+tb时，输入加速度为a1，相平面轨迹将分别沿着以为圆心，为半径的圆弧和圆弧运动，符合规划的摆角相平面轨迹。
51、当ta≤t≤ta+tb时，加速度为a2，基于式(1)解微分方程得：
52、
53、为了得到摆角的加速度方程，将式(7)对时间t进行一阶求导得：
54、
55、基于式(7)和式(8)，可得：
56、
57、式中：
58、可见当ta≤t≤ta+tb时，输入加速度为a2，相平面轨迹将沿着以为圆心，r2为半径的圆弧运动，符合规划的摆角相平面轨迹。
59、小车加速度输出信号满足使摆角轨迹符合规划的轨迹轮廓，已经完成了轨迹规划的过程，还没有设计负载摆角大小的控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于，步骤(5)及步骤(7)中的控制方案具体为在0～ta时使得小车加速度保持在a1；ta～ta+tb时使得小车加速度为a2；ta+tb～2ta+tb时使得小车加速度为a1；2ta+tb+tc～3ta+tb+tc时使得小车加速度为-a1；3ta+tb+tc～3ta+2tb+tc时使得小车加速度为-a2；3ta+2tb+tc～4ta+2tb+tc时使得小车加速度为-a1。
3.根据权利要求1所述的一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于，步骤(10)中的控制方案具体为在0～ta时使得小车加速度保持在a1；ta～ta+tb时使得小车加速度为a2；ta+tb～2ta+tb时使得小车加速度为a1；2ta+tb+tc～3ta+tb+tc时使得小车加速度为-a1；3ta+tb+tc～3ta+2tb+tc时使得小车加速度为-a2；3ta+2tb+tc～4ta+2tb+tc时使得小车加速度
4.根据权利要求1所述的一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于，步骤(6)和步骤(9)中切换时间ta是通过给定满足α1＝ωnta的任意角度α1获取的，0<α1<π。
5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如权利要求1～4任一项所述的一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于，步骤(5)及步骤(7)中的控制方案具体为在0～ta时使得小车加速度保持在a1；ta～ta+tb时使得小车加速度为a2；ta+tb～2ta+tb时使得小车加速度为a1；2ta+tb+tc～3ta+tb+tc时使得小车加速度为-a1；3ta+tb+tc～3ta+2tb+tc时使得小车加速度为-a2；3ta+2tb+tc～4ta+2tb+tc时使得小车加速度为-a1。
3.根据权利要求1所述的一种基于相平面轨迹规划的起重机输入整形防摇控制方法，其特征在于，步骤(10)中的控制方案具体为在0～ta时使得小车加速度保持在a1；ta～ta+tb时使得小车加速度为a2；ta...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛王强，杨延华，黄文波，徐为民，白洪芬，张燕，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：
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