【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及塔式起重机智能控制，尤其涉及一种塔式起重机智能防摇摆方法、系统及设备。
技术介绍
1、塔式起重机是建筑施工领域最常见的一种物料搬运工具，主要功能为搬运施工现场的各个物料与设备。现有塔吊主要采用人工目视操作的方式，塔吊工人通过对讲机和观察，操作塔吊吊钩到达指定位置，由于塔式起重机是通过绳索来搬运物料等各种载荷，载荷难免会发生摇摆，而在载荷摇摆时，为了安全，是不能进行载荷卸载操作的，这就要求塔吊驾驶人需要具备较高的操作熟练度和安全意识，为了使载荷不产生摇摆，或者摇摆的幅度在可控的范围内，现在已经已有许多防摇摆控制方法。防摇技术是智能起重机中必须采用的一项关键技术，根据智能起重机实现防摇的方式来看，主要可分为机械式防摇与电子式防摇两种方式。电子防摇与机械防摇各有其优势特点，根据其特性，应用于不同的吊运场合。对于一些定位精度要求高，作业效率要求较低的场合，如造纸厂、废品收购站等，一般采用机械式防摇技术；对于一些作业效率要求高的场合，一般采用电子式防摇技术这些方法都是用简单的钟摆模型来近似模拟载荷摇摆的特性，而在实际的应用中，起重机载荷摇摆绝不是线性的钟摆数学模型可以模拟的，真实的起重机载荷摇摆要考虑包括且不限于载荷大小形状、机臂、行车的移动速度、风力以及阻尼等影响，防摇摆控制的模型是多种因素叠加而成的非线性化方程而不是简单的钟摆。
2、因此，本专利技术提供了一种塔式起重机智能防摇摆方法、系统及设备，通过控制防摇摆装置，可以短时间内有效消除摇摆。
技术实现思路
1、
2、本专利技术解决技术问题的技术方案为：
3、一种塔式起重机智能防摇摆方法，包括以下步骤：
4、s1.启动起重机后同时开启防摇摆装置，防摇摆装置设置在起重臂上，并同时开启计时器；
5、s2.根基起重机各部位参数建立摇摆模型，将起重机吊钩所收到的重力分解为沿摆线方向与垂直于摆线的方向，设置在吊钩上的传感器实时监测吊钩的位置、姿态、载荷wg、运转速度，以及风速，对上述数据进行预处理；
6、s3.根据步骤s2中的数据进一步对摆幅与绳长和速度的关系、分析防摇摆机制、启动阶段防摇摆、运动阶段防摇摆、停止阶段防摇摆进行数据处理；
7、s4.根据步骤s3得出的数据向防摇摆装置发送指令。
8、进一步地，步骤s2的具体过程是：设置在吊钩上的传感器实时监测吊钩的位置记为(tt,rt,ht)，其中tt为吊钩当前时刻回转角度，rt为当前时刻吊钩变幅长度，ht为当前时刻吊钩升降高度；姿态记为(roll,pitch,yaw)，其中roll为吊钩翻滚角度，pitch为吊钩俯仰角度，yaw为吊钩偏航角度；载荷记为wg；运转速度记为(vt,vr,vh)，其中vt为吊钩旋转角速度，vr为吊钩变幅速度，vh为吊钩升降速度；以及风速记为vw，将上述数据采集后设计卡尔曼滤波器进行数据融合以跟踪吊钩实时运动状态，即吊钩位置真值(tk+1,rk+1,hk+1)；
9、建立状态向量：
10、xk＝[tt,rt,ht,roll,pitch,yaw,wg,vt,vr,vh,vw],
11、预测状态：
12、
13、预测协方差：
14、pk|k-1＝f·pk-1|k-1·ft+q，
15、其中，f为状态转移矩阵，b为外部输入矩阵，uk为外部输入，
16、计算卡尔曼增益：
17、kk＝pk|k-1·ht·(h·pk|k-1·ht+r)-1，
18、更新状态估计：
19、
20、更新协方差：
21、pk＝(i-kk·h)·pk|k-1，
22、其中，h是测量矩阵，zk是测量向量，q为系统噪声协方差矩阵，r为测量噪声协方差矩阵，i为单位矩阵；
23、通过滤波器得到吊钩位置真值(tk+1,rk+1,hk+1)，根据预测到的吊钩真值与传感器测量的吊钩位置(tk,rk,hk)，计算出吊钩摆线与垂直线的夹角θ：
24、
25、结合传感器所测数据建立摇摆模型，根据起重机吊钩的载荷进行受力分析，将载荷所受重力分解为沿摆线方向与垂直于摆线方向，沿摆线方向的重力分量记为mgsin(θ)，其中，m表示摆锤的质量，g表示重力加速度，θ表示摆线与垂直线的夹角，沿摆线方向的加速度与重力的沿摆线分量成正比，其中a表示摆锤沿圆弧路径的切线方向的加速度，l表示摆线的长度，t表示时间；
26、摆动模型的公式为：
27、
28、结合风速的摆动模型公式为：
29、
30、其中，fw是风力在摆线切线上的分量；
31、根据传感器所测得的载荷的运动状态和趋势，将载荷的实时运动速度记为v。
32、进一步地，步骤s3的具体过程是：
33、(1)摆幅与绳长和速度的关系：载荷在中线最低位置时的运算公式为：
34、
35、
36、
37、
38、其中，v表示载荷在中线最低位置时的运行速度，h表示吊钩高度，d表示摆幅；
39、(2)防摇摆机制：塔式起重机防摇摆通过控制防摇摆装置，同向跟随载荷运动，降低扭力矩，减少实际振幅，不断进行跟随，降低载荷摆幅，直至载荷停止摆动；
40、(3)启动阶段防摇摆：将防摇摆装置在t时间内的运动距离记为d，最大摆幅记为dmax，摆幅周期记为t；
41、若d≤dmax，则塔机可继续运动；
42、若d≤dmax，则塔机可继续运动；
43、若d≥dmax，则塔机停止运动，等待后，塔机可继续运动；
44、(4)运动阶段阶段防摇摆：使防摇摆装置快速同相跟随载荷，当跟随速度v1>v2时，吊钩由绳摆运动变成抛物运动，运算公式为：
45、
46、其中，δw为绳摆系统损失能量，单位质量绳摆系统损失能量记为：
47、
48、有δw＝m*δw'，δw'表示单位质量绳摆系统损失能量；
49、绳摆系统能量损失对绳摆摆幅的影响运算为：
50、
51、
52、w2＝w-△w，
53、
54、
55、
56、
57、
58、
59、
60、
61、其中，h表示吊钩高度，d表示摆幅，w表示当前吊钩的运行势能，h1表示当前吊钩摆动最大的垂直高度，d2表示防摇摆装置跟钩后，吊钩摆动最大水平距离，h2表示防摇摆装置跟钩后，吊钩摆动最大垂直高度，v2表示防摇摆装置跟钩后，吊钩的摆动最大速度，w2表示防摇摆装置跟钩后，吊钩运动势能，β表示防本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种塔式起重机智能防摇摆方法，其特征是，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种塔式起重机智能防摇摆方法，其特征是，步骤S2的具体过程是：
3.根据权利要求2所述的一种塔式起重机智能防摇摆方法，其特征是，步骤S3的具体过程是：
4.一种塔式起重机智能防摇摆系统，其特征是，包括以下模块：
5.根据权利要求4所述一种塔式起重机智能防摇摆系统，其特征在于，包括以下硬件组成：传感器、计时器、移动控制终端、移动控制终端、微动控制器与中央控制系统无线通讯。
6.一种服务器，其特征在于，包括：
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～3中任一所述的塔式起重机智能防摇摆方法。
8.一种塔式起重机，其包括如权利要求4～5中任一所述的塔式起重机智能防摇摆系统。
【技术特征摘要】
1.一种塔式起重机智能防摇摆方法，其特征是，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种塔式起重机智能防摇摆方法，其特征是，步骤s2的具体过程是：
3.根据权利要求2所述的一种塔式起重机智能防摇摆方法，其特征是，步骤s3的具体过程是：
4.一种塔式起重机智能防摇摆系统，其特征是，包括以下模块：
5.根据权利要求4所述一种塔式起重机智能防摇摆系统，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁洪磊，李明竟，魏国亮，王越，
申请(专利权)人：中科骊久济南机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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