一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法及系统，属于振动控制技术领域，方法包括：S1、获取吊物系统在x、y、z三个方向的摆角以及吊物系统顶点的位移，所述摆角由安装在吊钩上的角度传感器测得，所述位移由安装在吊物系统顶点处的位移传感器测得；S2、根据时滞τ秒前的摆角及实时位移数据，计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；S3、基于所述作动器应实现的位移，控制所述作动器推动吊物系统顶点移动，从而控制吊物系统摆角。如此，本发明专利技术通过安装在吊物系统顶部的作动器推动吊物系统顶部移动从而控制吊物系统摆角，实现了起重船在复杂海况条件下的吊物系统摆振控制，能大幅度提升吊装的工作效率，具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法及系统
本专利技术属于振动控制
，更具体地，涉及一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法及系统。
技术介绍
在海上或者港口的起重船作业时往往会遇到由于波浪和风载作用下导致船体摇晃从而使吊物系统摆动的情况，这样会使吊装作业难以进行下去，根据相关研究，中国沿海的吊装船根据海文条件通常只有两三个月的时间可以正常工作，这无疑是极大的浪费，所以寻找一种控制吊物系统摆动的方法是十分有必要的。现有技术中研究了起重船通过吊臂摆动来面内控制摆角的方法，但这种方法实施困难，而且吊臂整个移动会对船体的重心产生较大的影响反而会导致船体失稳从而影响安全，并且只考虑了面内的控制。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法及系统，通过安装在吊物系统顶部的作动器推动吊物系统顶部移动从而控制吊物系统摆角，有效减小吊物系统摆角从而保证吊装工作时的安全性，提高工作效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法，包括以下步骤：S1、获取吊物系统在x、y、z三个方向的摆角以及吊物系统顶点的位移，所述摆角由安装在吊钩上的角度传感器测得，所述位移由安装在吊物系统顶点处的位移传感器测得；S2、根据时滞τ秒前的摆角及实时位移数据，计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；S3、基于所述作动器应实现的位移，控制所述作动器推动吊物系统顶点移动，从而控制吊物系统摆角。进一步地，所述步骤S2中，由控制方程计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；其中，xp(t)、yp(t)分别为作动器在x方向和y方向应实现的位移，x0(t)、y0(t)分别为位移传感器测得的吊物系统顶部在x方向和y方向的位移，k为增益，l为吊物系统的吊索长度，α、β分别为吊索与竖直方向的夹角和吊索在水平面上的投影与x轴的夹角，τ是时滞。进一步地，基于摆角方程组确定最优增益和最优时滞；其中，T为吊物系统的吊索内力，ax、ay、az分别是吊索与x、y、z轴的夹角，m是吊物系统吊钩的质量，l是吊索长度，分别是吊物系统顶点在x、y、z方向的加速度。进一步地，令zp＝0，az＝α，得到无控下的吊物系统摆角微分方程组：将所述无控下的吊物系统摆角微分方程组与所述控制方程结合，并令x0(t)、y0(t)均为0，求出α的均方根值；遍历不同的增益k和时滞τ，并以α的均方根值为z轴，增益和时滞为x、y轴画出三维图，找出最低点对应的增益和时滞作为所述最优增益和最优时滞。另一方面，本专利技术还提供了一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制系统，包括：获取模块，用于获取吊物系统在x、y、z三个方向的摆角以及吊物系统顶点的位移，所述摆角由安装在吊钩上的角度传感器测得，所述位移由安装在吊物系统顶点处的位移传感器测得；计算模块，用于根据时滞τ秒前的摆角及实时位移数据，计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；控制模块，用于基于所述作动器应实现的位移，控制所述作动器推动吊物系统顶点移动，从而控制吊物系统摆角。进一步地，执行所述计算模块时，由控制方程计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；其中，xp(t)、yp(t)分别为作动器在x方向和y方向应实现的位移，x0(t)、y0(t)分别为位移传感器测得的吊物系统顶部在x方向和y方向的位移，k为增益，l为吊物系统的吊索长度，α、β分别为吊索与竖直方向的夹角和吊索在水平面上的投影与x轴的夹角，τ是时滞。进一步地，基于摆角方程组确定最优增益和最优时滞；其中，T为吊物系统的吊索内力，ax、ay、az分别是吊索与x、y、z轴的夹角，m是吊钩的质量，l是吊索长度，分别是吊物系统顶点在x、y、z方向的加速度。进一步地，令zp＝0，az＝α，得到无控下的吊物系统摆角微分方程组：将所述无控下的吊物系统摆角微分方程组与所述控制方程结合，给体系一个扰动，并令x0(t)、y0(t)均为0，求出α的均方根值；遍历不同的增益k和时滞τ，并以α的均方根值为z轴，增益和时滞为x、y轴画出三维图，找出最低点对应的增益和时滞作为所述最优增益和最优时滞。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术通过安装在吊物系统顶部的作动器推动吊物系统顶部移动从而控制吊物系统的空间摆角，实现了起重船在复杂海况条件下吊物系统摆振的有效控制，能大幅度减小吊物系统的摆动，有效地提升吊装的工作效率，具有较强的实用性。(2)本专利技术中作动器只推动吊物系统顶点的平面运动，当位移限制在0.5米内，几乎不会影响船体的稳定性。(3)本方法安装简便，控制效果好，可靠性高。附图说明图1是本专利技术提供的起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法的流程图；图2是本专利技术提供的计算示意简图；图3是本专利技术提供的现场实验时的实验平台；图4是本专利技术提供的实验时作动器安装示意图；图5是本专利技术提供的无控下吊钩运动轨迹投影；图6是本专利技术提供的有控下吊钩运动轨迹投影，从20秒后开始控制；图7是本专利技术提供的有控与无控下吊物系统与竖直方向摆角对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参阅图1，结合图2，本专利技术提供了一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法，由倾角仪和位移传感器读取的数据传入中控电脑，然后电脑控制作动器推动吊点移动从而控制摆角。具体的，由控制方程计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；其中，xp(t)、yp(t)分别为作动器在x方向和y方向应实现的位移，x0(t)、y0(t)分别为位移传感器测得的吊物系统顶部在x方向和y方向的位移，k为增益，l为吊索长度，α、β分别为吊索与竖直方向的夹角和吊索在水平面上的投影与x轴的夹角，τ是时滞。首先，要确定控制方程中的增益k和时滞τ的最优值。具体的，基于以下摆角方程组，确定最优增益和最优时滞。摆角方程组：其中，T为吊索内力，ax、ay、az分别是吊索与x、y、z轴的夹角，m是吊钩的质量，l是吊索长度，分别是吊物系统顶点在x、y、z方向的加速度。进一步地，令摆角方程组中zp＝0，az＝α，得到无控下的吊物系统摆角微分方程组：将所述无控下的吊物系统摆角微分方程组与所述控制方程结合，给体系一个扰动，并令x0(t)、y0(t)均为0，通过Matlab等软件求出α的均方根值，然后编程遍历不同的增益k和时滞τ，并以α的均方根值为z轴，增益和时滞为x、y轴画出三维图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、获取吊物系统在x、y、z三个方向的摆角以及吊物系统顶点的位移，所述摆角由安装在吊钩上的角度传感器测得，所述位移由安装在吊物系统顶点处的位移传感器测得；/nS2、根据时滞τ秒前的摆角及实时位移数据，计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；/nS3、基于所述作动器应实现的位移，控制所述作动器推动吊物系统顶点移动，从而控制吊物系统摆角。/n

【技术特征摘要】
1.一种起重船吊物系统空间摆振的主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取吊物系统在x、y、z三个方向的摆角以及吊物系统顶点的位移，所述摆角由安装在吊钩上的角度传感器测得，所述位移由安装在吊物系统顶点处的位移传感器测得；
S2、根据时滞τ秒前的摆角及实时位移数据，计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；
S3、基于所述作动器应实现的位移，控制所述作动器推动吊物系统顶点移动，从而控制吊物系统摆角。


2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，
由控制方程计算安装在吊物系统顶部的作动器应实现的位移；
其中，xp(t)、yp(t)分别为作动器在x方向和y方向应实现的位移，x0(t)、y0(t)分别为位移传感器测得的吊物系统顶部在x方向和y方向的位移，k为增益，l为吊物系统的吊索长度，α、β分别为吊索与竖直方向的夹角和吊索在水平面上的投影与x轴的夹角，τ是时滞。


3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，
基于摆角方程组确定最优增益和最优时滞；
其中，T为吊物系统的吊索内力，ax、ay、az分别是吊索与x、y、z轴的夹角，m是吊钩的质量，l是吊索长度，分别是吊物系统顶点在x、y、z方向的加速度。


4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，
令zp＝0，az＝α，得到无控下的吊物系统摆角微分方程组：



将所述无控下的吊物系统摆角微分方程组与所述控制方程结合，并令x0(t)、y0(t)均为0，求出α的均方根值；遍历不同的增益k和时滞τ，并以α的均方根值为z轴，增益和时滞为x、y轴画出三维图，找出最低点对应的增益和时滞作为所述最优增益和最优时滞。

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文爱，龙振滔，朱宏平，孙子航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42