[发明专利]桥式起重机的控制

说明书

本发明提供了一种定位桥式起重机的可动结构件的方法，可动结构件是桥式起重机的小车或桥架，该方法包括为可动结构件提供位置基准、用状态反馈控制器控制可动结构件的位置，可动结构件的位置和载荷的摆动角度是状态反馈控制器的系统的状态变量。该方法还包括确定可动结构件的位置或速度和载荷的摆动速度或载荷的角速度、将可动结构件的所确定出位置或速度、载荷的所确定的摆动角度或载荷的所确定的角速度和状态反馈控制器的输出提供给观测器、用观测器产生至少两个估计的状态变量、从估计的状态变量或者从估计的状态变量与所确定的状态变量一起形成反馈矢量、将所形成的反馈矢量用作状态反馈控制器的反馈以及将控制器的输出提供给频率转换器。

技术领域

本发明涉及桥式起重机的控制，并且更特别地涉及利用频率转换器对桥式起重机进行的无摆动式控制。

背景技术

桥式起重机广泛用于包括工厂、炼钢厂和海港的许多行业中的物料搬运。桥式起重机包括小车，该小车沿着水平面在轨道上移动。小车移动所处的轨道附接至下述桥架：该桥架也是可动结构件。图1示出了典型的桥式起重机。有效载荷通过下述绳索连接至小车：在提升有效载荷时，该绳索的长度变化。

如在图1中示出的，存在被称为小车运动和长行程运动的两个运动方向。由于桥式起重机在本质上是灵活的，因此有效载荷往往在移动载荷时摆动或者因外部干扰比如风而摆动。自然地，这些不受控的摆动导致安全性危害并且使对载荷的运输和卸载有问题。由于桥式起重机的特征是极其轻的阻尼，因此载荷的精确定位是困难的并且因此降低了生产率。为了抵消由受命令控制的运动所引起的大的有效载荷摆动，已经研制了自动摆动式控制器，该自动摆动式控制器通常也被称为“防摆动式”控制器。该防摆动式控制器的任务是消除载荷的残留摆动并且因此使得载荷的更快运输成为可能。上述起重机功能通常也被称为“无摆动式”起重机控制。

防摆动式控制器可以被设计成用于速度控制模式和位置控制模式。速度控制式起重机遵循给定速度基准，而在位置控制模式中，起重机移动至给定基准位置。随着许多工业过程和操作变得越来越自动化和智能化，对于全自动起重机的关注也逐渐增加。这种起重机需要点对点定位并且因此需要防摆动式位置控制模式。

用于桥式起重机的无摆动式位置控制器可以利用开环方法和闭环方法实施。然而，由于开环控制是基于通过修改基准命令对振动的预期抑制而进行的，因此开环控制既不能抵消载荷的初始摆动也不能抵消由外部干扰比如风所引起的振动。用于解决前述问题的传统方法是将开环方法——比如命令成形——与闭合反馈控制结合。由于外部干扰比如风主要仅影响有效载荷的运动，因此反馈需要摆动角度或摆动速度测量，以最大程度减小抵抗这种干扰的鲁棒性。另外，通常测量可动结构件比如小车或桥架的位置或速度以增强定位精确度。然而，摆动角度测量是嘈杂的。即使用于测量摆动角度的传感器技术正在缓慢发展，但是精确的低成本且无噪声的摆动角度测量的实施仍是困难的。

在利用摆动角度测量的文献中呈现了多个闭环控制方案。通常，闭环防摆动方法在反馈回路设计中利用线性控制理论。传统方法是利用用于分别对可动结构件的位置/速度以及载荷的摆动进行控制的单独的P/PD/PI/PID补偿器。然而，通过结合单独的控制器而实现的反馈控制器可能是复杂的并且会导致不期望的定位动态、如超调。此外，利用用于对摆动角度进行控制的单独的PD/PI/PID控制器并未考虑到摆动角度测量噪声。

因此，期望的是研制用于桥式起重机的无摆动式位置控制器，该无摆动式位置控制器使得能够进行精确且平稳的定位，而即使在有风的状况下仍没有任何残留摆动。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的装置以便克服上述问题。本发明的目的通过以本发明的一个方面中所阐述的内容为特征的方法和装置而实现。在本发明的其他方面中公开了本发明的优选实施方式。

本发明基于在对桥式起重机的位置进行控制时利用基于模型的控制方法的构思。在基于模型的控制方法中、比如在状态空间控制中，采用桥式起重机的物理模型。可动结构件的位置以及载荷的摆动角度二者都可以利用状态空间控制器通过单个反馈矢量控制。