[发明专利]一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统

摘要

本发明公开了一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统，包括输入装置和PLC控制器，输入装置包括角度传感器、称重传感器、第一速度传感器、第一加速度传感器、第二速度传感器和第二加速度传感器；输入装置的输出端与采集数据控制模块的输入端电性连接；PLC控制器的输出端分别与第一继电器、第一变频器、第二继电器、第二变频器、警示灯、蜂鸣器和模拟模块的输入端电性连接；第一变频器的输出端与第一PLC驱动器的输入端电性连接；所述第二变频器的输出端与第二PLC驱动器的输入端电性连接。该发明能够对起重机起升载荷在运行过程中的摇摆参数进行有效检测，更好地防止载荷大幅度摇摆，智能化程度高，自动化程度高。

主权项

1.一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统，其特征在于，所述智能集装箱起重机电气防摇控制系统包括输入装置和PLC控制器；所述输入装置的输出端与采集数据控制模块的输入端电性连接；所述PLC控制器的输入端分别与输入模块、供电模块、存储器和操作模块的输出端电性连接；所述PLC控制器的输出端分别与第一继电器、第一变频器、第二继电器、第二变频器、警示灯、蜂鸣器和模拟模块的输入端电性连接；所述第一变频器的输出端与第一PLC驱动器的输入端电性连接；所述第二变频器的输出端与第二PLC驱动器的输入端电性连接；所述输入装置包括角度传感器、称重传感器、第一速度传感器、第一加速度传感器、第二速度传感器和第二加速度传感器并均与采集数据控制模块电性连接；采集数据控制模块的输出端与输入模块的输入端电性连接；所述第一继电器的输出端与第一PLC驱动器的输入端电性连接；所述第二继电器的输出端与第二PLC驱动器的输入端电性连接；PLC控制器采用PID模糊自整定算法进行在线自整定；PID模糊自整定算法选择位置式不完全微分形式：其中，u_k：PID算法的第k次采样输出控制量；e_k：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第k次采样偏差值；e_i：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第i次采样偏差值；第k次采样不完全微分输出量；e_k‑1：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第k‑1次采样偏差值；t_f：微分增益；T₀：采样周期；在控制过程中，PID控制器的参数需根据当前的状态进行调整：式中αP，αI和αD分别为通过模糊推理计算出的修正系数，KP，KI和KD分别为基本的比例、积分和微分系数；第一速度传感器和第二速度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数均表示为：其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0＜a,b＜α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)＜p＞＝|x(t)|＜p＞sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]＜p＞＝|x(t)|p‑1x*(t)；所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的接收信号y(t)均表示为：y(t)＝x(t)+n(t)；其中，x(t)为数字调制信号，n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声，x(t)的解析形式表示为：其中，N为采样点数，a_n为发送的信息符号，在MASK信号中，a_n＝0，1，2，…，M‑1，M为调制阶数，a_n＝e^j2πε/M，ε＝0,1,2,…,M‑1，g(t)表示矩形成型脉冲，T_b表示符号周期，f_c表示载波频率，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；所述角度传感器的时频重叠MASK的信号模型表示为：其中，N为时频重叠信号的信号分量个数，n(t)是加性高斯白噪声，s_i(t)为时频重叠信号的信号分量，表示为式中A_i表示时频重叠信号分量的幅度，a_i(m)表示时频重叠信号分量的码元符号，p(t)表示成型滤波函数，T_i表示时频重叠信号分量的码元周期，f_ci表示时频重叠信号分量的载波频率，表示时频重叠信号分量的相位；所述采集数据控制模块利用得到的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行：(1)对接收信号s(t)进行非线性变换，按如下公式进行：其中A表示对回波信号信号的幅度，a(m)表示对回波信号信号的码元符号，p(t)表示对回波信号成形函数，f_c表示对回波信号信号的载波频率，表示对回波信号信号的相位，通过该非线性变换后得到：(2)构造n个信号的多径空间为：其中，Q为采样点数，K为最大时延，由最大探测距离R_max/c得到，其中x_reci(t)为参考信号，R_max为最大探测距离，c为光速；(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径，将求min||S_sur‑X_ref·α||²转化为求得出：代入α_estim，解得：其中，S_sur为回波通道信号，α为自适应权值，α_estim为α的估计值，为X_ref的转置，S_other为回波通道中最终所剩的回波和噪声；所述采集数据控制模块接收信号的信号模型表示为：r(t)＝x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)其中，xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量，各分量信号独立不相关，n为时频重叠信号分量的个数，θki表示对各个频重叠信号信号分量载波相位的调制，fc为载波频率，Aki为第i个频重叠信号信号在k时刻的幅度，Tsi为码元长度；所述的蜂鸣器具体采用红外线报警器，设置直流电源、红外光发射电路、红外光电转换电路、电平信号放大电路，直流电源包括光源、驱动光源的脉冲发生电路、总控制电路和电源电池、光线报警器壳体，光线报警器壳体包括圆柱型的底座和圆弧型的上盖，光源为具体为嵌入上盖的至少一组红色高亮发光二极管LED，每组红色高亮发光二极管LED包括2只轴线相互垂直的红色高亮发光二极管LED，总控制电路控制所述脉冲发生电路的脉冲占空比和脉冲宽度，控制连续8个脉冲点亮高亮发光二极管LED，总控制电路控制音频和脉冲发生器输出低音频信号给低音喇叭，音频信号的频率与光线报警器壳体的共振频率一致，报警器壳体的基体开设若干小孔，基体内壁开设若干小孔的区域粘覆有憎水的超滤膜材料，设置有内藏式按钮，电源电池的下面和周边设置有保温材料，红外光发射电路由红外发光二极管、电阻及线性电位器组成，红外发光二极管选用的型号为SE303，红外发光二极管正极通过电阻接线性电位器一端，线性电位器另一端及其活动端接电路正极，红外发光二极管负极接电路地，红外光电转换电路由红外光敏二极管、电阻、NPN型晶体管、时基电路及电容组成，红外光敏二极管选用的型号为PH202，时基电路选用的型号为NE555。