一种起重机防摇摆控制方法、控制系统、存储介质及设备与流程

本发明涉及起重机防摇摆，具体地，涉及一种起重机防摇摆控制方法、控制系统、存储介质及设备。

背景技术：

1、在工业现场以及港口中，起重机被广泛运用，在码头以及仓库的作业中发挥重要的作用，然而在起重机在工作过程中，由于人工操作的速度不连续性、负载的提升动作以及风、摩擦引起的扰动等会引起末端负载的摆动，这些情况会增加事故发生的可能性，严重影响了生产作业效率的提高。

2、虽然依靠起重机操作员的实际操作经验可以在一定的工况中实现起重机的正常运转工作，但由于熟练起重机操作员的训练周期长和工作强度大等原因，使得工作效率的提高受到很大限制，因此迫切需要起重机的自动控制系统，可以降低对操作员经验的依赖并且抑制工作摆动，从而大幅度的提高工作效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种起重机防摇摆控制方法、控制系统、存储介质及设备，以解决起重机运动过程中载荷摆动的问题，同时，大大提升起重机操作员的工作效率。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种起重机防摇摆控制方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1、根据起重机的结构参数与动力学参数构建起重机动力学模型；

4、步骤2、将起重机工作的起始位置、目标位置、限制的最大速度和最大加速度输入s形轨迹生成器中，得到若干组关于起重机平移机构的位移和起重机旋转的角度的轨迹曲线；

5、步骤3、将若干组关于起重机平移机构的位移和起重机旋转的角度的轨迹曲线作为初始化种群，依次输入nsga-ii优化算法中，以起重机动力学模型中起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角最小为目标、起重机运动限位为约束条件，迭代优化起重机工作的速度和加速度；

6、步骤4、将最优速度和加速度下的轨迹曲线下发到plc，通过plc对起重机变频器的速度控制，控制起重机运动，实现起重机的防摇摆控制。

7、进一步地，步骤1的具体过程为：根据吊绳的长度l、末端负载的质量m、起重机平移机构的质量m、起重机平移机构受到的横向力fx、旋转力矩tγ、起重机横向的摇摆角θ、起重机纵向的摇摆角φ、起重机平移机构的位移x、起重机的旋转角度γ构建起重机动力学模型：

8、

9、

10、

11、

12、其中，g是重力加速度，η1是摩擦力系数。

13、进一步地，步骤3中起重机运动限位为约束条件表示为：

14、α1＜γ＜α2

15、l1＜x＜l2

16、其中，α1是实际工况中起重机运行的最小角度，α2是实际工况中起重机运行的最大角度，l1是实际工况中起重机运行的最小行程，l2是实际工况中起重机运行的最大行程。

17、进一步地，步骤3包括如下子步骤：

18、步骤301、将若干组关于起重机平移机构的位移和起重机旋转的角度的轨迹曲线n作为初始化种群，并设置最大迭代次数；

19、步骤302、将轨迹曲线依次输入nsga-ii优化算法中，以起重机动力学模型中起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角最小为目标、起重机运动限位为约束条件，获取当前迭代次数下最优起重机工作的速度和加速度；

20、步骤303、将当前迭代次数下的若干组轨迹曲线通过精英策略进行更新，更新下一迭代次数下的若干组轨迹曲线，将更新后的轨迹曲线重复步骤302；

21、步骤304、比较下一迭代次数下最小起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角和当前迭代次数下最小起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角，保留最小的起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角；

22、步骤305、重复步骤303-304，直至达到最大迭代次数，获取最小的起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角下的起重机工作的速度和加速度。

23、进一步地，步骤303中通过精英策略更新轨迹曲线的过程为：将当前迭代次数下的若干组轨迹曲线进行交叉、变异，产生新的轨迹曲线，计算所有轨迹曲线的起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角，按照从小到大的顺序选取前n个轨迹曲线作为更新的轨迹曲线。

24、进一步地，步骤4中plc对起重机变频器的速度控制的具体过程为：plc将最优速度和加速度下的轨迹曲线根据起重机变频器的控制周期按时间进行等距划分，得到起重机变频器的速度控制量。

25、进一步地，本发明还提供了一种所述的起重机防摇摆控制方法的控制系统，包括：边缘计算卡、plc、第一起重机变频器、第二起重机变频器、旋转异步电机、移动异步电机和起重机，所述边缘计算卡包括：s形轨迹生成器和nsga-ii优化算法器，将起重机工作的起始位置、目标位置、限制的最大速度和最大加速度输入s形轨迹生成器中，生成若干组关于起重机平移机构的位移和起重机旋转的角度的轨迹曲线，将若干轨迹曲线输入nsga-ii优化算法器中获取最优的起重机工作的速度和加速度，下发到plc，plc分别控制第一起重机变频器、第二起重机变频器的速度，第一起重机变频器带动旋转异步电机运动，第二起重机变频器带动移动异步电机运动，通过旋转异步电机运动和移动异步电机运动控制起重机的运动过程。

26、进一步地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的起重机防摇摆控制方法。

27、进一步地，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现所述的起重机防摇摆控制方法。

28、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明起重机防摇摆控制方法与控制系统，以起重机动力学模型中起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角最小为目标，通过nsga-ii优化算法整定出起重机工作中的最优速度和加速度，并通过s形轨迹生成器生成轨迹曲线，并下发到plc中控制实际起重机的运动，达到对起重机摇摆角的抑制。本发明是一种开环控制，不依赖于传感器的反馈，而是通过闭环控制算法进行控制来达到防摇摆；同时不依赖于闭环控制的方法使电机频繁正反转切换，频繁正反转切换适用于闭环伺服电机，但是对于起重机中实际使用的异步电机是不适用的，因此本发明更适用于实际的应用环境，大大提升起重机操作员的工作效率。

技术特征：

1.一种起重机防摇摆控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种起重机防摇摆控制方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：根据吊绳的长度l、末端负载的质量m、起重机平移机构的质量m、起重机平移机构受到的横向力fx、旋转力矩tγ、起重机横向的摇摆角θ、起重机纵向的摇摆角φ、起重机平移机构的位移x、起重机的旋转角度γ构建起重机动力学模型：

3.根据权利要求2所述的一种起重机防摇摆控制方法，其特征在于，步骤3中起重机运动限位为约束条件表示为：

4.根据权利3所述的一种起重机防摇摆控制方法，其特征在于，步骤3包括如下子步骤：

5.根据权利要求4所述的一种起重机防摇摆控制方法，其特征在于，步骤303中通过精英策略更新轨迹曲线的过程为：将当前迭代次数下的若干组轨迹曲线进行交叉、变异，产生新的轨迹曲线，计算所有轨迹曲线的起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角，按照从小到大的顺序选取前n个轨迹曲线作为更新的轨迹曲线。

6.根据权利要求5所述的一种起重机防摇摆控制方法，其特征在于，步骤4中plc对起重机变频器的速度控制的具体过程为：plc将最优速度和加速度下的轨迹曲线根据起重机变频器的控制周期按时间进行等距划分，得到起重机变频器的速度控制量。

7.一种权利要求1-6任一项所述的起重机防摇摆控制方法的控制系统，其特征在于，包括：边缘计算卡、plc、第一起重机变频器、第二起重机变频器、旋转异步电机、移动异步电机和起重机，所述边缘计算卡包括：s形轨迹生成器和nsga-ii优化算法器，将起重机工作的起始位置、目标位置、限制的最大速度和最大加速度输入s形轨迹生成器中，生成若干组关于起重机平移机构的位移和起重机旋转的角度的轨迹曲线，将若干轨迹曲线输入nsga-ii优化算法器中获取最优的起重机工作的速度和加速度，下发到plc，plc分别控制第一起重机变频器、第二起重机变频器的速度，第一起重机变频器带动旋转异步电机运动，第二起重机变频器带动移动异步电机运动，通过旋转异步电机运动和移动异步电机运动控制起重机的运动过程。

8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-6任一项所述的起重机防摇摆控制方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的起重机防摇摆控制方法。

技术总结
本发明公开了一种起重机防摇摆控制方法、控制系统、存储介质及设备，包括：根据起重机的结构参数与动力学参数构建起重机动力学模型；将起重机工作的起始位置、目标位置、限制的最大速度和最大加速度输入S形轨迹生成器中，得到若干组关于起重机平移机构的位移和起重机旋转的角度的轨迹曲线；将若干组轨迹曲线作为初始化种群，依次输入NSGA‑II优化算法中，以起重机动力学模型中起重机横向的摇摆角、起重机纵向的摇摆角最小为目标、起重机运动限位为约束条件，迭代优化起重机工作的速度和加速度，生成最优轨迹曲线下发到PLC，通过PLC对起重机变频器的速度控制，控制起重机运动，实现起重机的防摇摆控制。解决起重机运动过程中载荷摆动的问题，同时，大大提升起重机操作员的工作效率。

技术研发人员：王海雷,刘国方,李其全,王进,刘汉忠,汤玉东,徐萌甜,柳尧,朱晓春,唐鹏
受保护的技术使用者：江苏苏港智能装备产业创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17