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防止起重機(jī)負(fù)載擺動(dòng)的反饋控制指令開(kāi)關(guān)
摘要——當(dāng)起重機(jī)在搬運(yùn)物體工作時(shí),有效載荷經(jīng)常大振幅度振動(dòng)。用開(kāi)環(huán)的方法處理這一問(wèn)題的效果并不理想,閉環(huán)方法也被使用,但發(fā)動(dòng)機(jī)需要變速工作。本文敘述了在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉之后持續(xù)適時(shí)控制單速電機(jī)消除實(shí)際載荷振動(dòng)的反饋方法,抑制振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案是在橋式起重機(jī)上進(jìn)行的。
一、緒論
起重機(jī)經(jīng)常被用來(lái)在復(fù)雜的工作空間搬運(yùn)物體。一個(gè)經(jīng)常存在的問(wèn)題就是起重機(jī)在負(fù)載情況下可以自由擺動(dòng)。這些擺動(dòng)構(gòu)成了安全隱患并能影響到載荷變化或其他在工作場(chǎng)所物體。實(shí)際上,一名經(jīng)驗(yàn)豐富的起重機(jī)操作員必需在控制器的幫助下才能保持?jǐn)[動(dòng)幅度。最近,有了不同的用于增強(qiáng)操作員技術(shù)的控制方法,這些方法分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)。
開(kāi)環(huán)采用的辦法是輸入整形,這種方法被證明在起重機(jī)移動(dòng)時(shí)和移動(dòng)后能有效的減少載荷擺動(dòng)。整形可以有計(jì)劃的提高充足的建模不準(zhǔn)確性(即纜索長(zhǎng)度變化的頻率)。另一個(gè)辦法是開(kāi)環(huán)優(yōu)化控制,這是基于數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)計(jì)算出的離線運(yùn)動(dòng)軌跡。但是,如果模型不是準(zhǔn)確的,其性能也將受到影響。這種情況也是輸入整形,但程度較輕。在此外,最優(yōu)控制沒(méi)有使用當(dāng)前的起重機(jī)操作員界面,因?yàn)槭孪仁遣恢缆窂降摹?
反饋控制需要預(yù)防的是系統(tǒng)模擬的不確定性和外部干擾??刂破骺刂菩≤嚨奈恢盟俣群屠|索擺動(dòng)角或控制小車吊具產(chǎn)生傾斜的命令,以減少負(fù)載擺動(dòng)。吸波控制器調(diào)整小車速度,吸收任何正在返回的有效載荷振動(dòng),從而消除擺動(dòng)。給定延遲角,測(cè)量后面的理想位置,也同樣可以證明有效減少了負(fù)載的擺動(dòng)。
索倫森等人開(kāi)發(fā)了一種控制系統(tǒng),結(jié)合了整形和PD反饋控制。反饋控制使用了在高處攝像頭的測(cè)量,并比較了起重機(jī)的模擬成型響應(yīng)。
帕克及Chang提出了一個(gè)遠(yuǎn)程處理輸入整形的“弱命令”,用另一種方法減少了干擾的影響。為了彌補(bǔ)卸載時(shí)的擺動(dòng),他們引入同等規(guī)模的脈沖誘導(dǎo)振動(dòng),并且在相反的方向上卸載振動(dòng)。他們用此方法來(lái)減少約75 %的擺動(dòng)以展示它的潛力。然而,適時(shí)的脈沖易于校準(zhǔn)的問(wèn)題依然存在。
所有的反饋方法需要速度加速度的精確控制。這里的研究是基于使用測(cè)量載荷擺動(dòng)產(chǎn)生命令簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電機(jī)消除載荷擺動(dòng),使其適用于更廣泛的系列起重機(jī)。
二、 基于矢量的輸入整形器的計(jì)算
布克提供了一個(gè)分析框架振蕩矢量。singhose等人提供了解如何才能實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)消除矢量分析的輸入整形器。沖動(dòng)的應(yīng)用規(guī)模A1的二階阻尼系統(tǒng)單位質(zhì)量會(huì)誘發(fā)反應(yīng) (1)
這有一個(gè)幅度和相位角為零。同樣的,如果一次沖動(dòng)級(jí)2是適用于時(shí)間時(shí)刻,然后它會(huì)導(dǎo)致輸出 (2)
這有一個(gè)幅度A2和相位角θ=ω時(shí)刻。本幅度和角度可以轉(zhuǎn)化為矢量符號(hào)如圖1??偨Y(jié)這些向量進(jìn)行總振動(dòng)響應(yīng),如在圖2。對(duì)應(yīng)的時(shí)間響應(yīng)這些沖動(dòng)是在圖3。后一秒脈沖,總響應(yīng)匹配振幅和相位等AR。
如果系統(tǒng)有阻尼,那么這種方法需要被改性。首先,θ角度變化
(3)
其次,阻尼的振幅衰減隨著時(shí)間的原因??紤]到衰減,計(jì)算使用有效幅度當(dāng)t=0,結(jié)果在規(guī)定的幅度時(shí)刻T2 (4)
一個(gè)成型機(jī)可以設(shè)計(jì)這樣的總和所有有效的沖動(dòng)導(dǎo)致零振動(dòng),如在圖4。為此,該a3eff選擇是不同于,圖2。得到這一規(guī)模取消沖動(dòng),它必須被轉(zhuǎn)換到時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)使用(3)和 (5)
在現(xiàn)實(shí)中,系統(tǒng)不移動(dòng)的沖量。創(chuàng)建一個(gè)實(shí)際的命令,脈沖序列卷積與所需的命令。例如圖5顯示一步命令卷積與脈沖產(chǎn)的步命令。由此產(chǎn)生的命令不產(chǎn)生任何殘留振動(dòng)。
圖一 脈沖序列和相應(yīng)的矢量圖
圖二 總結(jié)2載體獲得總的反應(yīng)
圖三 響應(yīng)時(shí)間脈沖(改編自[ 18])
2、 消除載荷擺動(dòng)
本研究的目的不是創(chuàng)造的命令結(jié)果在無(wú)殘余振蕩點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。相反,實(shí)測(cè)載荷擺動(dòng)是用來(lái)創(chuàng)建命令,取消任何簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生振蕩。當(dāng)創(chuàng)建這樣的命令,巨大的執(zhí)行力向量不能任意選擇,如電機(jī)只能打開(kāi)和關(guān)閉。然而,把汽車或關(guān)閉將導(dǎo)致有效載荷振蕩,它可以表示為矢量。不像純沖振動(dòng),這些載體將不會(huì)得零分相位角,為使電機(jī)不立即停止或加快速度。因此,由時(shí)間命令完成,有效載荷將有一些位移和速度,給出一個(gè)向量表示類似于圖6。向量旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)該有一個(gè)類似的規(guī)模,但相反,假設(shè)和加速度減速動(dòng)態(tài)相似。如果不是,它可以代表了自己的獨(dú)特的振幅和相位。
該控制器在這里將使用指令開(kāi)關(guān)(開(kāi)關(guān))消除位置和速度組成部分的振動(dòng)??刂破餍枰?jì)算適當(dāng)時(shí)間,這些命令在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。
對(duì)于這一計(jì)算,矢量三角形的使用,如在圖7。三角形的三邊的電流振動(dòng)水平(avib),和振動(dòng)振幅的“上”和“關(guān)閉”命令。如果三角形可以被創(chuàng)建,然后振蕩可以被迫回到零(原產(chǎn)地的矢量圖。)假設(shè)運(yùn)營(yíng)商希望起重機(jī)在移動(dòng),然后命令序列會(huì)被“關(guān)閉”,等,“對(duì)”。某些部分的三角形是眾所周知的:目前的規(guī)模和振動(dòng)影響轉(zhuǎn)動(dòng)起重機(jī)(光)和關(guān)閉(aoff)。未知的是時(shí)間,直到起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),并在現(xiàn)有的振動(dòng)相位角的起重機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)向“關(guān)閉”(θ振動(dòng))。因?yàn)樗且粋€(gè)三角形,有一個(gè)可能的解決方案,如圖7所示。這一時(shí)間響應(yīng)這些解決方案是在圖8。在圖7是可取,它有一個(gè)較小的角θ,ω,所以直到振動(dòng)取消短。此外,搖擺角變化小。
找到θ振動(dòng),中間角度可以在圖9看到。從余弦定理:
(6)
(7)
從(7)得:
(8)
如果沒(méi)有阻尼,則解決方案可以解決直接振動(dòng)效率。請(qǐng)注意,大多數(shù)起重機(jī)有近零阻尼,但是如果阻尼是重要的,那么該方程可以用來(lái)解決θ,但必須是迭代求解,
(9)
用方程(8)初步計(jì)算ζ=0。計(jì)算出后,δ從圖9可以計(jì)算 (10)
一旦δ計(jì)算出,可以計(jì)算
(11)
一旦控制器已關(guān)閉,然后等待直到角振動(dòng)方向相反的φ上。在這一點(diǎn)上,控制器的電機(jī)上。如果校準(zhǔn)是完美的,振蕩將被淘汰。
如果操作者操作起重機(jī)停止,然后振動(dòng)可以取消移動(dòng)支持無(wú)論是向前或向后。這樣的結(jié)果是不同的振動(dòng)相位角,可用于控制器,如圖10。在圖10(1),相反方向的圖基本上是相同的,如圖7,除了在此基礎(chǔ)上關(guān)閉交換。
(12)
如圖10(b),矢量圖具有相同的結(jié)構(gòu)和δ在圖10(a),只是通過(guò)旋轉(zhuǎn)π弧度。因此
(13)
該控制器比較現(xiàn)有的振動(dòng)相位角對(duì)(12)和(13)無(wú)論哪個(gè)角度先發(fā)生一次。
起重機(jī)停止,那么控制器等振蕩相位相反,“上升”命令。然后,電機(jī)轉(zhuǎn)向。
最大振蕩幅度可能被取消使用,一個(gè)開(kāi)關(guān)命令大約是兩倍“誘導(dǎo)振蕩”命令。如果當(dāng)前振蕩幅度過(guò)大,則控制器計(jì)算是基于最大注銷水平。作為預(yù)防措施,這一最高水平可以減少到極限移動(dòng)的距離在取消振蕩,因此限制角和T .
限制這種振蕩的消除方法是假定疊加可以用于矢量表征誘導(dǎo)振動(dòng)。這是唯一真正的電機(jī)的時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)速度之間的載體,所以小載荷的振蕩不能消除。因此,一個(gè)振蕩幅度閾值是可以使用的。
圖四 總結(jié)三個(gè)向量得到零振動(dòng)
圖五 創(chuàng)建一個(gè)樓梯步命令卷積
圖六 向量表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 圖八 響應(yīng)時(shí)間的矢量圖如圖7所示
圖七 矢量圖計(jì)算時(shí)的電機(jī)。 圖九角度來(lái)計(jì)算的命令啟動(dòng)時(shí)間
3、 控制器的實(shí)現(xiàn)
該控制器是使用振蕩消除第三部分,從技術(shù)上體現(xiàn)在大橋式起重機(jī)。起重機(jī)有一個(gè)攝像頭安裝在車上測(cè)量載荷擺動(dòng)的平面。本相機(jī)也可以衡量的有效載荷的高度。所有的行動(dòng)的控制是基于一個(gè)單一的有效載荷的高度。該系統(tǒng)可以在不同的高度和校準(zhǔn)時(shí)間會(huì)調(diào)整攝像機(jī)測(cè)量身高。
(1) 、系統(tǒng)校準(zhǔn)
該控制器計(jì)算(8)-(13)需要量和相位角的振蕩造成的“上”和“關(guān)閉”。這些計(jì)算可以繪圖在起重機(jī)的輸入和響應(yīng)在同一張圖上,如圖11。圖11(a)表示電機(jī)在5.5秒鐘被關(guān)閉,起重機(jī)前進(jìn)。電動(dòng)機(jī)在大約一秒鐘休息后,命令發(fā)出。圖11(b)表示有效載荷擺角θ和振動(dòng)水平是由
(14)
在ω的自然頻率系統(tǒng)下。
在時(shí)間的零交叉的擺動(dòng)角度()和隨后的()的輸入變化()記錄。
本相位角的振蕩()和隨后的()可以輸入計(jì)算
(15)
其中是一個(gè)振蕩周期時(shí)間。復(fù)雜的矢量Α的輸入過(guò)程是由
(16) 在和振蕩幅度之前及后輸入下標(biāo)表示向前運(yùn)動(dòng)。一個(gè)類似的程序可以為剩余向量。
圖形的繪制,Α可以啟動(dòng)和停止,為正向和反向,如在圖12。平均振蕩的幅度=0.052弧度角φ=1.11(+π)弧度(63.6(180)°)。
(二)、控制器響應(yīng)用戶動(dòng)作
圖13顯示了響應(yīng)用戶請(qǐng)求的起重機(jī)向后移動(dòng)。圖13(a),用戶輸入顯示使用線的邊界。由此產(chǎn)生的小車速度是一條虛線。如圖(b)所示之,起重機(jī)運(yùn)動(dòng)振蕩的有效載荷。圖13 C顯示相位角振蕩的它也表明,開(kāi)關(guān)角度計(jì)算(11)-(13)。在最初的交叉(約2秒),振蕩級(jí)不夠大(1.7°)觸發(fā)控制行動(dòng)。它是后一期(約6秒),振蕩消除控制行動(dòng)發(fā)生。在這一點(diǎn)上,該控制器簡(jiǎn)單地關(guān)閉起重機(jī)電機(jī),如圖13a看到的實(shí)線。在這一點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)角跳動(dòng)回電機(jī)。在第7秒,這個(gè)角度發(fā)生,以及起重機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)身。這時(shí)候起重機(jī)達(dá)到全速(約8秒),振蕩水平很?。s一個(gè)半度)。
操作者停止按壓反向按鈕約11秒,如圖13a虛線之時(shí)。起重機(jī)停止,再次引起振蕩。當(dāng)所需的命令是在休息,有兩個(gè)開(kāi)關(guān)角度由(12)和(13)可知,作為起重機(jī)取消振蕩的兩個(gè)向前和向后的角度。一旦起重機(jī)在休息的時(shí)候保持很小的振動(dòng),第一次角發(fā)生在13秒稍后,和移動(dòng)式起重機(jī)稍微向前取消振蕩。。
3、 控制器響應(yīng)擾動(dòng)抑制
圖14顯示了該反應(yīng)的起重機(jī)干擾當(dāng)橋休息。在第一秒后,有效載荷不穩(wěn)。在大約第三秒,振蕩角相位匹配的開(kāi)關(guān)角條件,和控制器指揮車向前移動(dòng)。在過(guò)4秒,相位匹配,那時(shí)起重機(jī)停止操作。當(dāng)起重機(jī)休息約5.5秒,有效載荷擺動(dòng)很小。
圖15顯示了一個(gè)非常大的擾動(dòng)的響應(yīng)。在第1秒,有效載荷變成了一個(gè)擾動(dòng),這是一個(gè)單一的通斷指令且可以抑制。在這種情況下,第一個(gè)開(kāi)關(guān)控制行動(dòng)抑制最大數(shù)量,進(jìn)而控制行動(dòng)取消剩余振蕩就在對(duì)面方向。這導(dǎo)致小振蕩后起重機(jī)在6秒鐘內(nèi)完成了二個(gè)命令。
該控制器還可以在起重機(jī)的移動(dòng)中消除干擾,如在圖16。當(dāng)起重機(jī)推進(jìn)小振蕩,有效載荷是在1次擾動(dòng)。該控制器最初給停止命令約1.5秒,停止不久后前振蕩相位匹配開(kāi)關(guān)角,沒(méi)有消除。然后控制器直到等到適當(dāng)?shù)南辔唤牵谶m當(dāng)?shù)臅r(shí)候停止振動(dòng)約6秒。
起重機(jī)開(kāi)始加速但以時(shí)間為基礎(chǔ)的安全因素θ關(guān)閉。然而,有效載荷還不穩(wěn),所以振蕩,導(dǎo)致小振蕩時(shí),起重機(jī)已返回全速。
圖十 矢量圖時(shí),打開(kāi)電機(jī)
圖十一 測(cè)量橋式起重機(jī)反應(yīng)的“關(guān)閉”命令 圖十二 不同命令下的振動(dòng)向量
圖十三 響應(yīng)時(shí)間
圖十四 應(yīng)對(duì)干擾而起重機(jī)休息
圖十五 針對(duì)大擾動(dòng)
圖十六 應(yīng)對(duì)干擾時(shí)
5、 結(jié)論
一個(gè)控制的程序已經(jīng)制定了離合馬達(dá)消除橋式起重機(jī)載荷擺動(dòng)。控制使用擺動(dòng)角度的有效載荷,及其衍生物,以決定何時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉起重機(jī)。該方法可以減少振蕩,當(dāng)起重機(jī)移動(dòng)或靜止。程序可以實(shí)施在大型橋式起重機(jī)。許多實(shí)驗(yàn)表明,控制系統(tǒng)有效。
6、 參考圖書(shū)
(1)斯塔爾,G .P .,“擺動(dòng)自由懸浮物與運(yùn)輸路徑控制的機(jī)器人手臂的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),“J .,
測(cè)量和控制,卷1071985,第97 - 100。
(2) feddema,J .,彼特森,羅賓特,河,操作控制系統(tǒng)方法和擺動(dòng)自由龍門(mén)式起重機(jī)。美國(guó)專利5785191。1998
(3) 歌手,singhoseN,,,,,”克利庫(kù),輸入整形控制器使起重機(jī)移動(dòng)而不動(dòng)搖,發(fā)表于答第七專題會(huì)議上機(jī)器人和遠(yuǎn)程系統(tǒng),奧古斯塔,遺傳算法,1997。
(4) singhose,W,波特,屬,凱尼森,M和克利庫(kù),”影響吊裝在輸入整形控制龍門(mén)起重機(jī),“控制工程實(shí)踐,卷8(10),2000,pp .1159-1165。
(5) singhose,W . E .,seering,W . P .和歌手,北卡羅來(lái)納,“輸入整形減振與指定的不敏感的建模誤差,”japan-usa符號(hào)。柔性自動(dòng)化,波士頓,馬。1996
(6) auernig和特羅格爾”,時(shí)間最優(yōu)控制的起重機(jī)吊裝載荷,“自動(dòng)化。23卷(4)1987頁(yè)。437-447。
(7) 哈馬雷林,林俊杰,marttinen,答,baharova,屬,和維拉庫(kù)寧,J .,“光路徑規(guī)劃一臺(tái)車起重機(jī):快速和順利轉(zhuǎn)移負(fù)荷,“控制理論與應(yīng)用:英文版,卷。142(1),1995頁(yè)第51 - 57頁(yè)。
(8) 道特,防擺控制的橋式起重機(jī)使用線性反饋,“電氣與電子工程雜志,澳大利亞卷9,1989頁(yè)17 - 26。
(9) 穆斯塔法和依貝儀器,“非線性建模和控制開(kāi)銷起重機(jī)載荷擺動(dòng)?!彪s志的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),測(cè)量,和控制110卷,1988頁(yè)266-271。
(10) 阮,H . T .,“狀態(tài)反饋控制器的一個(gè)架空起重機(jī)。”電氣與電子工程雜志,澳大利亞。14卷(2)1994,P75 - 84。
(11) 李〉,建模和控制三維開(kāi)銷起重機(jī)。”雜志的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),測(cè)量,控制,卷。120(4)1998頁(yè)471-476。
(12) 基姆,你在美國(guó),香港,K . S .和S . K .,,,防搖控制集裝箱起重機(jī):測(cè)斜儀,觀測(cè)器,狀態(tài)反饋,國(guó)際控制雜志,自動(dòng)化,和系統(tǒng),卷2(4),2004日,435-449。
(13) 奧康納,龐文琴,龍門(mén)吊的問(wèn)題解決了,美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)雜志動(dòng)力系統(tǒng),測(cè)量與控制125卷(4)12月2003,569-576。
(14) 馬蘇德,Zn,并nayfe,A .,“擺動(dòng)減少對(duì)集裝箱起重機(jī)利用延遲反饋控制器,“非線性動(dòng)力學(xué),卷34(3 - 4)2003,347-358。
(15) 索倫森。K .L .和W . E .,“singhose,控制器使精確定位和擺動(dòng)減少起重機(jī)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng),”在國(guó)際會(huì)計(jì)師聯(lián)合會(huì),布拉格,2005。
(16) Park, J. Y. Chang, P. H.”振動(dòng)控制伸縮處理程序使用時(shí)間延遲控制和commandless輸入整形技術(shù)”控制工程實(shí)踐,12版,六月,6,2004,頁(yè)769-780
(17) 布克,H . G .矢量的方法振蕩,學(xué)術(shù)出版社,紐約,1965。
(18) Singhose, W., Seering, W. and Singer, N.,,殘余振動(dòng)減少使用矢量圖的生成量,1994,美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)雜志,116卷(六月),第654-659。