[发明专利]基于相平面分析的桥式起重机精准定位在线轨迹规划方法

摘要

一种基于相平面分析的桥式起重机精准定位在线轨迹规划方法。解决一类32t桥式起重机自动控制问题，具有良好的定位与消摆性能。本发明首先对系统动力学模型进行简化，并给出相平面方法的原理。随后现场测试并分析工业起重机运行特性，根据运行特性提出一种在线轨迹规划方法。本方法在起重机运行过程中通过激光测距仪数据在线调整轨迹规划参数，采用分级制动的方案，并通过基于相平面的分析方法进行理论分析，证明了到达目标位置时系统摆角趋近于零。本方法应用于一类32t桥式起重机自动控制系统并取得了良好的控制效果，具有很好的实际应用价值。

主权项

一种基于相平面分析的桥式起重机精准定位在线轨迹规划方法，其特征在于该方法包括：为解决一类桥式起重机的精准定位以及消除摆动的问题，提出一种在线轨迹规划的方法。工业电机低速段特性不稳定，且电机制动后需继续向前运行一段距离，因此采用一种分级制动策略，即先将台车减速到较低的速度，稳定运行一段时间后再进行制动，并根据实验数据提前规划出制动距离的补偿量，使系统实现精准定位；根据分级制动策略规划的五段式台车轨迹如下：v=a0t,0<t≤t1vmax,t1<t≤t1+t2vmax-a0t,t1+t2<t≤t1+t2+t3vmin,t1+t2+t3<t≤t1+t2+t3+t4vmin-a0t,t1+t2+t3+t4<t≤t1+t2+t3+t4+t5]]>采用相平面分析方法来确定轨迹中的各个参数，以实现防摆的目标；具体而言，对于以上所构造的五段式轨迹，定义0<t≤t1为运行的第一阶段，t1<t≤t1+t2为第二阶段，t1+t2<t≤t1+t2+t3为第三阶段，t1+t2+t3<t≤t1+t2+t3+t4为起重机运行的第四阶段，t1+t2+t3<t≤t1+t2+t3+t4为第五阶段。对于第一，第三和第五阶段，将根据系统特性离线计算相应的运行时间t1，t3和t5；而对于第二阶段和第四阶段，则根据激光传感器获得的测量数据来判断何时切换进入下阶段，通过激光传感器获得的测量数据来在线调整这两个阶段的运行时间，以实现台车精准定位的要求；负载初始处于静止状态，系统状态停留于原点，即：θ0(t)=0,θ·0(t)ω=0]]>随后台车按照五段式轨迹开始运行；第一阶段为加速阶段，台车以加速度a0加速运行；根据相平面分析可知，为了使系统在加速阶段之后负载摆角仍为0，加速段的运行时间应选择为：t1=2πω]]>考虑运送效率方面的要求，经过这个加速段之后，系统应达到允许的最大速度vmax，据此，调整变频器参数，使系统的加速度为：a0=vmaxt1]]>第二阶段为快速匀速段，台车以最大速度vmax运动；此阶段系统做匀速运动，加速度为零，根据相平面分析可知，系统状态停留在原点，此过程负载无摆动；对于本阶段，将根据激光传感器实时测量的台车位置来判断何时切换进入第三阶段；第三阶段为减速段，台车从最大速度vmax开始，以加速度‑a0做减速运行，直到速度降低为设定的低速vmin，vmin的取值根据电机的具体特性选择决定；基于以上分析，可知本阶段的运行时间t3为：t3=vmax-vmina0]]>此过程台车运行距离计算如下：s3=vmint3+12a0t32]]>第四阶段为低速匀速段，台车以速度vmin运行时间t4，此时系统状态在相平面上以原点为圆心，以为半径旋转；理想条件下，应选择t4＝t1，对应的台车运动距离则为：s4＝vmint1；记点A为台车经过第三阶段后在相平面中的位置，这样，系统状态经过第四阶段能够完整旋转一周回到起始点A，此时进入第五阶段即为第三阶段的延长线，系统最终回到原点，无残余摆动；为了提高定位精度，在本阶段引入激光传感器数据，并实时计算台车当前位置与目标位置的距离，一旦该距离达到或小于根据电机特性设定的制动距离s5，则将系统切换进入第五阶段，开始进行制动，以保证定位精度；第五阶段为制动段，在本阶段，由于变频器的控制作用，台车以加速度‑a0减速运行直至停止；在实际情况下，由于各类不确定因素的影响，采用以上切换机制时，系统状态最终旋转至原点附近，系统摆角趋近于0，实现了快速消摆。