本发明专利技术公开了一种带有图像传感器的双起升桥吊控制系统及控制方法。所述系统和控制方法不需要额外的速度传感器和双吊具摆角传感器，只用一个小车位置传感器和两个吊具视频传感器，通过相应的图像识别和计算，就能够完成对小车的位置、速度，以及吊具摆角和吊绳长度等的检测，进而实现对双吊具桥吊的防摇和定位控制。本发明专利技术系统结构简单，控制有效，对控制量检测装置的要求较低，成本低，易于实现，使用方便，并能够同时实现小车位置控制和对两个吊具摆角的控制。本发明专利技术方法采用两个视频图像传感器分别检测两个吊具及其负载的摇摆角度和吊具绳长，然后利用这些信息完成双起升双吊具桥吊的防摇定位控制，具有准确性高，维护方便，造价低廉等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动控制技术和信息技术。特别涉及一种带有图像传感器的双起升桥 吊控制系统及控制方法。
技术介绍
双起升双吊具桥吊(包括场桥和岸桥)是一种新型港口集装箱装卸机械，由于它 具有两个起升吊具，可以同时工作，因而大大提高了集装箱的装卸效率，但是，这种双起升 双吊具桥吊系统结构复杂，工作方式多样，给控制带来很大的难度。由于这种新型桥吊具有 两个可以单独起升的吊具，传统的单吊具桥吊控制器不适合于这种新型双起升双吊具桥吊 系统的控制。现有的桥吊控制系统都是对单吊具桥吊进行控制的，它们对吊具摆角的检测采用 比较复杂的检测仪器，具有成本高，维护不方便等缺点。
技术实现思路
为了解决双起升双吊具桥吊的小车位置控制问题和双吊具的防摇摆控制问题。本 专利技术提供了一种带有图像传感器的双起升桥吊控制系统，同时还提供了由该控制系统所能 实现的控制方法。这样一来，不需要额外的速度传感器和双吊具摆角传感器，只用一个小车 位置传感器和两个吊具视频传感器，通过相应的图像识别和计算，就能够完成对小车的位 置、速度，以及吊具摆角和吊绳长度等的检测，进而实现对双吊具桥吊的防摇和定位控制。一般来讲，桥吊控制的目标是要实现负载的防摇和负载的精确对位。现在使用中 的桥吊大部分都是单起升桥吊系统，都以手工控制操作为主，只是在一些大型集装箱桥吊 系统中为了达到更好的操作效果，提高装卸效率，安装了一些机械防摇装置或电子防摇装 置，但这些都不是自动化桥吊系统，即都没有从根本上实现桥吊操作的自动控制(即自动 防摇控制和定位控制)。在现有技术中，有一些单起升桥吊防摇定位自动控制的研究和应用，但是这些工 作没有涉及到双吊具桥吊实现负载防摇和负载定位的控制。另外，这些单吊具桥吊控制 系统中普遍采用了易受干扰的速度传感器进行小车速度反馈，同时使用了比较复杂的激光 仪、角度传感器等检测装置实现负载摆角的检测，这些检测装置成本高，应用复杂，抗干扰 能力差，维护也不方便，有的还对使用环境有特殊要求(比如采用激光仪进行角度识别就 要求工作状况良好，要求满足无尘无雨无遮挡等条件)，控制系统工作的适应能力差。本专利技术采用位置传感器和视频摄像头进行信息检测和反馈，应用可靠，维护简单， 完全克服了上述问题。更为重要的是，现有的桥吊控制器无论从结构上还是从功能上来讲， 都是针对单吊具的桥吊设计的，现有的单吊具桥吊控制系统从根本上来讲不能解决双吊具 桥吊的位置控制和防摇定位控制问题。本专利技术所述的带有图像传感器的双起升桥吊控制系统，包括双吊具视频图像传感器，用于实时拍摄相应吊具的运行情况，所述双吊具视频图4像传感器安装在吊具正上方的小车上；小车位置传感器(如码盘、感应同步器等)，可以实时检测小车运行位的置Xf，并 进行Xf信号的标度变换，所述小车位置传感器安装在桥吊小车的移动机构上；第一吊具视频图像处理单元(吊具1视频图像处理单元)和第二吊具视频图像处 理单元(吊具2视频图像处理单元)，上述两吊具视频图像处理单元负责接收和处理由视频 图像传感器发来的吊具图像，并从拍摄的视频图像中抽取适当的帧，完成相应吊具的摆角 4、摆动角速度#和吊绳长度的计算，上述两吊具视频图像处理单元安装在双吊具桥吊的小 车上；小车位置控制器，负责接收桥吊控制命令，并与各种反馈信号进行比较，实现小车 位置的控制，所述小车位置控制器安装在双吊具桥吊的小车上；双吊具摆角补偿单元，利用输入的两个吊具的摆角、角速度和吊绳长度等信息，完 成对双吊具摆角控制补偿量的计算，最终实现对双吊具摆角的抑制，所述双吊具摆角补偿 单元安装在双吊具桥吊的小车上；比较器1和比较器2，负责对输入的两个信号进行代数或逻辑比较运算，该过程由 小车位置控制器实现；小车速度估计器，负责对输入的小车位置信号Xf进行微分运算(速度估计器算法 可以使用现有的各种微分算法)，从而得到小车的速度信号#，该过程由小车位置控制器实 现；小车位置检测单元，用来对现场总线传来的小车位置模拟量信号进行滤波、标度 变换、隔离和A/D转换，然后将处理的位置信号传送给比较器1和小车速度估计器；所述小 车位置检测单元通过CAN总线与小车位置传感器相连，安装在双吊具桥吊小车上，通过CAN 总线实时获得现场位置传感器信息；小车伺服驱动器，安装在桥吊小车横梁上；驾驶台位于桥吊驾驶室内，负责提供桥吊运行的控制信号。上述方案中，所述比较器1和比较器2对若干输入信号进行类型转换(比如D/A 变换)和标度变换，然后进行数值运算，得到一个输出信号，供给控制器或驱动器使用；所 述比较器1和比较器2的输入信号主要有操作台信号、现场检测信号和控制器输出信号等； 所述比较器1和比较器2分别由一个单片机系统/PLC单元来实现，由D/A (或A/D)器件、 隔离器件、单片机或片上系统、存储单元、I/O总线单元和电源系统组成，安装在桥吊控制器 上，通过CAN总线与现场驱动单元(变频调速器)连接。上述方案中，所述小车位置检测单元由CPU、I/O接口芯片、A/D转换模块、隔离元 件、电源、总线控制单元等组成。上述方案中，所述小车位置控制器和吊具摆角补偿单元由CPU单元、存储单元 (ROM和RAM)、I/O接口、逻辑器件、时钟单元、电源等构成，安装在桥吊小车上的控制箱中， 能够运行普通PID、模糊自整定PID算法、单神经元PID控制这些控制算法，能够设置调整控 制参数，然后将运算结果，即控制量，输出到比较器2。上述方案中，所述第一吊具视频图像处理单元和第二吊具视频图像处理单元各自 分别由CPU(或附加微分元件)、视频处理器、存储器、I/O等电路组成。由于目前还没有针对双起升双吊具桥吊的控制装置的报道。相对于传统的单吊具桥吊控制系统，本专利技术系统的控制装置结构简单，控制有效，对控制量检测装置的要求较 低，成本低，易于实现，使用方便，并能够同时实现小车位置控制和对两个吊具摆角的控制。另外，根据上述专利技术系统，还提供了一种对应的控制方法，该方法的步骤如下首先由双吊具桥吊司机发出桥吊运行的控制指令，给出桥吊小车运行的目标位 置\，在第一个采样周期内，该指令经过小车位置控制器的处理发送到小车伺服驱动器，控 制双吊具桥吊小车运行到一定位置；在第二个采样周期内，小车位置检测单元收到通过现 场总线发送的来自小车位置传感器的位置检测信号，经过处理后得到桥吊小车的实际位置 Xf，同时，将Xf发送到小车速度估计器计算得到小车速度估计值#，然后将该小车速度估计 值#发送到小车位置控制器，小车位置控制器将#与位置偏差值A = 进行控制运算，得 到小车位置控制信号ue，并将Ue发送到比较器2 ；此时，吊具1、2视频图像处理单元通过对 视频传感器检测信号的运算，分别计算得到吊具1、2摆角的估计值4、和4，吊具1、2的角速度估计值f和 ，以及吊具的绳长L1和L2,这些信息经由双吊具摆角补偿单元的计算得到吊具摆角补偿控制量u 0，将u 0送入比较器2中，再与先前得到的小车位置控制信号Ue进行综 合运算，最终得到新的控制量输出u = Ue-U0，将u送入小车伺服驱动器，驱动双吊具桥吊小 车运行并达到新的位置；在第三个控制周期，检测信号的传送和控制量的运算过程相同，这 种周而复始的周期性控制过程，使得桥吊小车位置控制偏差得到纠正，双吊具摆角的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
带有图像传感器的双起升桥吊控制系统，其特征在于，包括双吊具视频图像传感器，用于实时拍摄相应吊具的运行情况，所述双吊具视频图像传感器安装在吊具正上方的小车上；小车位置传感器，可以实时检测小车运行位的置xf，并进行xf信号的标度变换，所述小车位置传感器安装在桥吊小车的移动机构上；第一吊具视频图像处理单元和第二吊具视频图像处理单元，上述两吊具视频图像处理单元负责接收和处理由视频图像传感器发来的吊具图像，并从拍摄的视频图像中抽取适当的帧，完成相应吊具的摆角摆动角速度和吊绳长度的计算，上述两吊具视频图像处理单元安装在双吊具桥吊的小车上；小车位置控制器，负责接收桥吊控制命令，并与各种反馈信号进行比较，实现小车位置的控制，所述小车位置控制器安装在双吊具桥吊的小车上；双吊具摆角补偿单元，利用输入的两个吊具的摆角、角速度和吊绳长度等信息，完成对双吊具摆角控制补偿量的计算，最终实现对双吊具摆角的抑制，所述双吊具摆角补偿单元安装在双吊具桥吊的小车上；比较器1和比较器2，负责对输入的两个信号进行代数或逻辑比较运算，该过程由小车位置控制器实现；小车速度估计器，负责对输入的小车位置信号xf进行微分运算，从而得到小车的速度信号该过程由小车位置控制器实现；小车位置检测单元，用来对现场总线传来的小车位置模拟量信号进行滤波、标度变换、隔离和A/D转换，然后将处理的位置信号传送给比较器1和小车速度估计器；所述小车位置检测单元通过CAN总线与小车位置传感器相连，安装在双吊具桥吊小车上，通过CAN总线实时获得现场位置传感器信息；小车伺服驱动器，安装在桥吊小车横梁上；驾驶台位于桥吊驾驶室内，负责提供桥吊运行的控制信号。FSA00000288917700011.tif,FSA00000288917700012.tif,FSA00000288917700013.tif2.根据权利要求1的带有图像传感器的双起升桥吊控制系统，其特征在于，所述比较 器1和比较器2对若干输入信号进行类型转换和标度变换，然后进行数值运算，得到一个输 出信号，供给控制器或驱动器使用；所述比较器1和比较器2的输入信号主要有操作台信 号、现场检测信号和控制器输出信号等；所述比较器1和比较器2分别由一个单片机系统/ PLC单元来实现，由D/A器件、隔离器件、单片机或片上系统、存储单元、I/O总线单元和电源 系统组成，安装在桥吊控制器上，通过CAN总线与现场驱动单元连接。3.根据权利要求1的带有图像传感器的双起升桥吊控制系统，其特征在于，所述小车 位置检测单元由CPU、I/O接口芯片、A/D转换模块、隔离元件、电源、总线控制单元等组成...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐为民，顾伟，褚建新，康伟，沈爱弟，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：31
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