專利名稱：一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，而更詳細(xì)地說，涉及一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，它用于舉升大型物件的集裝箱起重機(jī)一類所用物件卷揚(yáng)設(shè)備。
圖6示出一種用于常規(guī)集裝箱起重機(jī)的卷揚(yáng)物件阻尼裝置的總體結(jié)構(gòu)，而圖7示出常規(guī)卷揚(yáng)物件搖擺阻尼裝置的工作情況。
如圖6中所示，在未示出的起重機(jī)主梁上有一可以橫向移動(在圖6中可在由一側(cè)到另一側(cè)的方向移動)的橫行小車11。橫行小車上有一對軌道12和13，它們分別引導(dǎo)一對滑車組14和15，從而滑車組14和15可以平行于橫行小車11的移動方向移動一段短的距離。橫行小車11通過一金屬線與裝在橫行小車11在其上移動的主梁(未示出)上的小車驅(qū)動器17相連接?；嚱M14和15分別有滑車組驅(qū)動器18和19，用來驅(qū)動滑車組14和15。有一起重連接頭22通過繞線20從橫行小車11懸下。此起重連接頭22將一集裝箱23作為卷揚(yáng)的物件提升。這里，如圖6所示，起重連接頭具有一檢測標(biāo)記21，用以檢測所卷揚(yáng)物件的搖擺。
在阻止這樣一種物件卷揚(yáng)裝置的搖擺時，處在操作室中的操作人員，目視起重連接頭22的運動，一般如下文所述用手來遙控作業(yè)。
那就是，在圖6所示的狀態(tài)，當(dāng)小車驅(qū)動器17將橫行小車11從左沿箭頭2所示方向驅(qū)向右側(cè)時，如果橫行小車11的運動由等速橫向移動狀態(tài)變到減速移動狀態(tài)，由起重連接頭22所懸掛的卷揚(yáng)物件23固有慣性面向右(前)搖擺，如圖7(a)中箭頭B所示。當(dāng)操作室中的操作者看著起重連接頭22上的檢測標(biāo)記21，覺察到了搖擺時，操作者便控制橫行小車11，使其加速，如圖7(b)中箭頭r所示，以與所卷揚(yáng)物件23的橫向搖擺一致(在上述箭頭B的方向)。另外，也可以開動滑車組驅(qū)動器18、19，控制兩個滑車組14，15，使其向所卷揚(yáng)物件23搖擺的同方向移動。此后，在小車完成某一程度的向前擺動后，操作者便盡力控制橫行小車11，使其及時減速，或者他應(yīng)控制滑車組14，15向與上述方向相反的方向移動，這樣來阻尼物件以橫向搖擺，使其停止。
在圖6中所示的情況，如果，舉例來說，所卷揚(yáng)的構(gòu)件23朝時針方向旋轉(zhuǎn)，引起在一平面上箭頭A所示的扭轉(zhuǎn)搖擺，操作者又從檢測標(biāo)記21的運動覺察到，他開動驅(qū)動器18、19，使滑車組15向左移動(向箭頭B所示的方向)，而使另一滑車組14向右移動(向箭頭C所示的方向)，與扭轉(zhuǎn)搖擺同步。為了對付所卷揚(yáng)物件23反過來的搖擺，滑車組14，15可以并且應(yīng)該被驅(qū)向與上述方向相反的方向，以減消扭轉(zhuǎn)搖擺，使其停止。
在常規(guī)的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼裝置;操作者是靠手來使搖擺停止的。這種裝置有下述的一些問題。
那就是，如上所述，卷揚(yáng)物件23的簡單橫向搖擺或簡單扭轉(zhuǎn)搖擺，誠然可由操作者靠將橫行小車11加速和/或減速，或?qū)⒒嚱M14，15與起重連接頭22的搖擺狀態(tài)同步移動來減消和停止。但是，如果橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)同時發(fā)生，從而使所卷揚(yáng)物件以產(chǎn)生一種復(fù)雜的運動，要操作者巧妙地用手驅(qū)動橫行小車11或滑車組14，15，對付好這種處境，便變得困難或?qū)嶋H上不可能。
一待卷揚(yáng)物件23停止搖擺，滑車組必須靠力正常返回它們原來的位置，或者在橫向，橫行小車11的中間，以使兩個(左和右)滑車組14和15可以朝橫向任一方向移動，以為對付卷揚(yáng)物件23的下一次搖擺作好準(zhǔn)備。為了提高運送卷揚(yáng)物件23的效率，橫行小車11在其橫向移動中必須以最高速度被驅(qū)動。當(dāng)卷揚(yáng)物件靠近其要卸下到地上的目標(biāo)位置時，橫行小車11應(yīng)減速，以便停在目標(biāo)位置，并接著須停在物件要卸下的目標(biāo)位置。總而言之，除了卷揚(yáng)物件23搖擺的阻尼控制以外，必須依照橫向和情況，在同一時間里進(jìn)行滑車組14和15的位置控制以及橫行小車11的速度和/或位置控制。然而，因為常規(guī)搖擺阻尼操作是由操作者用手來進(jìn)行的，控制操作即使對于技術(shù)熟練的操作人員來說，難度也是很大的。
本發(fā)明是為了解決上述問題的，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，它將阻尼卷揚(yáng)物件搖擺的操作簡化，并可以有把握地完成阻尼操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，它可以實現(xiàn)阻尼的優(yōu)化控制，并將復(fù)雜的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼操作自動化，盡快將卷揚(yáng)物件的搖擺停止。
本發(fā)明還有一個目的，是提供一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，它可以顯著減輕操作人員的工作量和減少阻尼搖擺所需的時間，從而提高卷揚(yáng)物件的運送效率。
為了達(dá)到上述目的，有一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置(在權(quán)利要求1中所定義的裝置)，用于具有一舉升物件用的橫行小車和一對，或左和右，沿橫行小車移動方向安置、與橫行小車兩邊平行并可相對于橫行小車移動的滑車組的物件提升設(shè)備，它包括小車移動狀態(tài)量檢測器，用以檢測橫行小車的移動狀態(tài)量;卷揚(yáng)物件移動狀態(tài)量檢測器，用以檢測橫行小車舉升物件的右側(cè)和左側(cè)的移動狀態(tài)量;滑車組移動狀態(tài)量檢測器，用以檢測右側(cè)和左側(cè)滑車組的移動狀態(tài)量，一槽口驅(qū)動控制量檢測器，用以檢測借助于一操作控制板控制的小車橫向槽口驅(qū)動控制量;和一控制器，用以根據(jù)從檢測器獲得的檢測信號來進(jìn)行物件卷揚(yáng)設(shè)備的搖擺阻尼控制，它是這樣構(gòu)成的，即控制器具有一優(yōu)化控制單元，該單元在預(yù)先確定的搖擺阻尼優(yōu)化增益的基礎(chǔ)上，根據(jù)從上述檢測器檢測到的移動狀態(tài)量和槽口驅(qū)動控制量，為卷揚(yáng)物件確定優(yōu)化控制量，并按照確定的優(yōu)化控制量，驅(qū)動上述橫行小車和上述滑車組，進(jìn)行搖擺阻尼控制。
按照本發(fā)明，在權(quán)利要求1中所定義的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置中，控制器包括一個測定工作狀態(tài)的單元，它根據(jù)所檢測到的工作狀態(tài)量信號和橫行小車的槽口驅(qū)動控制量信號，檢測橫向小車的工作狀態(tài);一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，它按照由工作狀態(tài)測定單元所檢測到的工作狀態(tài)，從若干預(yù)先確定的優(yōu)化增益中，為搖擺阻尼選擇一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益;和一個優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元輸出的優(yōu)化增益，為卷揚(yáng)物件確立優(yōu)化控制量，并按照所確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動橫行小車和滑車組，進(jìn)行搖擺阻尼控制。
按照本發(fā)明，在權(quán)利要求1中所定義的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置中，控制并包括一個獨立控制優(yōu)化增益計算單元，它計算用控制卷揚(yáng)物件橫向搖擺和把轉(zhuǎn)搖擺的獨立優(yōu)化增益，兩者是相互獨立的，并將計算的優(yōu)化增益輸出;和一個用來進(jìn)行搖擺阻尼控制的優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從獨立控制優(yōu)化增益計算單元輸出的優(yōu)化增益，確立卷揚(yáng)物件的優(yōu)化控制量并驅(qū)動橫行小車來減消物件的橫向搖擺，驅(qū)動左和右滑車組來減消物件的扭轉(zhuǎn)搖擺，以進(jìn)行搖擺阻尼控制。
按照本發(fā)明，在權(quán)利要求1中所定義的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置中，控制器包括一個獨立控制優(yōu)化增益計算單元，它計算用來控制卷揚(yáng)物件橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺的獨立優(yōu)化增益，兩者是相互獨立的，并將計算的優(yōu)化增益輸出;一個工作狀態(tài)測定單元，它根據(jù)檢測到的工作狀態(tài)量信號和橫行小車的槽口驅(qū)動控制量信號，檢測橫行小車的工作狀態(tài);一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，它根據(jù)工作狀態(tài)測定單元所檢測到的工作狀態(tài)，選擇一個預(yù)先確定的工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益，或一個由獨立控制優(yōu)化增益計算單位所確立的工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益，并將所選的增益輸出;和一個優(yōu)化控制單元，它根據(jù)由工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元輸出的優(yōu)化增益，為卷揚(yáng)物件確定優(yōu)化控制量，并按照所確定的優(yōu)化控制量驅(qū)動橫行小車和滑車組，執(zhí)行搖擺阻尼控制。
按照本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，當(dāng)集裝箱起重機(jī)開動時，橫行小車移動狀態(tài)量檢測器、左和右滑車組工作狀態(tài)量檢測器以及檢測物件右側(cè)和左側(cè)運動的卷揚(yáng)物件移動狀態(tài)量檢測器檢測到移動狀態(tài)量的檢測信號，同時槽口驅(qū)動控制量檢測器檢測到操作量信號。這樣檢測到的信號被送到控制器中。在控制器中，按諸如在橫行小車橫向移動中、在為定位而減速時，或在停止?fàn)顟B(tài)時的橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺的卷揚(yáng)物件移動狀態(tài)量，事先確定了一個搖擺阻尼的優(yōu)化增益，于是優(yōu)化控制單元，以在優(yōu)化增益的基礎(chǔ)上，按卷揚(yáng)物件操作狀態(tài)量所確定的優(yōu)化控制量，驅(qū)動橫行小車和滑車組，進(jìn)行搖擺阻尼控制。
工作狀態(tài)測定單元，根據(jù)從橫行小車移動狀態(tài)檢測器和槽口驅(qū)動控制量檢測器得到的信號，確定橫行小車是處于什么狀態(tài)，具體是橫行小車行走的狀態(tài)、小車為定位而被減速的狀態(tài)或小車停止卷揚(yáng)物件獨自在搖擺的狀態(tài)。所測得的信號被輸出到工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元。這工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，在收到所測得的信號時，選擇預(yù)先按多種分類工作狀態(tài)確立的優(yōu)化增益之一，并將這樣選出的優(yōu)化增益輸出給優(yōu)化控制單元。優(yōu)化控制單元在所選優(yōu)化增益的基礎(chǔ)上，根據(jù)卷揚(yáng)物件的移動狀態(tài)量，確立一個優(yōu)化控制量，并以這樣確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動橫行小車和滑車組，執(zhí)行搖擺阻尼控制。
獨立控制優(yōu)化增益計算單元，為阻尼卷揚(yáng)物件的橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺計算一個所需的優(yōu)化增益，將其輸出給優(yōu)化控制單元。優(yōu)化控制單元，根據(jù)阻尼橫向搖擺的優(yōu)化增益分量驅(qū)動橫行小車，并根據(jù)阻尼扭轉(zhuǎn)搖擺的優(yōu)化增益分量驅(qū)動右和左滑車組，進(jìn)行搖擺阻尼控制。
獨立控制優(yōu)化增益計算單元為衰減卷揚(yáng)物件的橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺計算所需的優(yōu)化增益，將其輸出給工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，而工作狀態(tài)測定單元，根據(jù)從橫行小車工作狀態(tài)檢測器和槽口驅(qū)動控制量檢測器得來的信號，確定橫行小車在何種狀態(tài)，具體地是橫行小車行走的狀態(tài)、小車為定位而被減速的狀態(tài)或小車停止只有卷揚(yáng)物件獨自在搖擺的狀態(tài)，并將測得的信號輸出給工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元。工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，當(dāng)收到這些測得的信號時，選擇按工作狀態(tài)分類的優(yōu)化增益之一，并將其作為優(yōu)化增益輸出給優(yōu)化控制單元。優(yōu)化控制單元根據(jù)衰減橫向搖擺的優(yōu)化增益分量驅(qū)動橫行小車，并根據(jù)衰減扭轉(zhuǎn)搖擺的優(yōu)化增益分量驅(qū)動左和右滑車組，進(jìn)行搖擺阻尼控制。


圖1是一結(jié)構(gòu)示意圖，示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置總體結(jié)構(gòu);
圖2是一方框圖，示控制裝置的第一實施例;
圖3是一方框圖，示控制裝置的第二實施例;
圖4是一方框圖，示控制裝置的第三實施例;
圖5是一方框圖，示控制裝置的第四實施例;
圖6是一示意圖，示一采用現(xiàn)有技術(shù)的集裝箱起重機(jī)所用常規(guī)卷揚(yáng)物件搖擺阻尼裝置;
圖7說明常規(guī)卷揚(yáng)物件搖擺阻尼裝置的工作情況。
下文參照圖1到5詳細(xì)說明本發(fā)明的幾個實施例。
圖1以示意方式表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置總體結(jié)構(gòu)。圖2是一控制方框圖，用來說明控制裝置的第一實施例。在圖1中，與圖6中所示現(xiàn)有技術(shù)有同樣功能的部件，其件號相同，因而不再贅述。
如圖1中所示，在本實施例的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置中，橫行小車11的小車驅(qū)動器17包括一位置或位移檢測器31和一速度檢測器32，它們是檢測小車工作狀態(tài)量的檢測器。左滑車組14設(shè)有一位置或位移檢測器33和一速度檢測器34，它們是檢測滑車組移動狀態(tài)量的檢測器。同樣，右滑車組15設(shè)有一位置或位移檢測器35和一速度檢測器36。為了檢測卷揚(yáng)物件的移動狀態(tài)，在橫行小車11的左側(cè)和右側(cè)分別設(shè)有搖擺運動檢測器37，38，以檢查舉升連接頭22上檢測標(biāo)記21的運動，從而檢測卷揚(yáng)物件23的左側(cè)和右側(cè)搖擺位置或位移以及速度。此外，在起重機(jī)操作室中的橫向操作控制板39上裝有一橫向槽口驅(qū)動控制量檢測器40。
一控制器41接受從所有運動狀態(tài)量檢測器31到38來的以及從橫向槽口驅(qū)動控制量檢測器40來的檢測信號(見圖1和圖2)，進(jìn)行為平衡輸入的工作狀態(tài)量或減消卷揚(yáng)物件23的搖擺量所需的優(yōu)化控制量計算，并將控制指令信號輸出給橫行小車11的驅(qū)動器17以及左和右滑車組14，15的驅(qū)動器18，19。
控制器41，如圖2中所示，具有一優(yōu)化控制單元42，它根據(jù)在控制器41中預(yù)先計算和分開確立的搖擺阻尼的一個優(yōu)化增益K，按照由檢測器31到38以及40所提供的卷揚(yáng)物件23運動狀態(tài)量和橫行小車的工作狀態(tài)量，確定優(yōu)化控制量，并借此控制橫行小車11的驅(qū)動器17和兩(左和右)滑車組14，15各自的驅(qū)動器18，19，從而進(jìn)行優(yōu)化阻尼。
現(xiàn)在說明用上述實施例的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置進(jìn)行搖擺阻尼的具體操作過程。
1)首先，檢測器31到38以及40檢測橫行小車11，滑車組14，15和卷揚(yáng)物件23的運動狀態(tài)量和橫向槽口驅(qū)動控制量，并將測得的信號輸出給控制器41。
2)其次，這些移動狀態(tài)量和橫向槽口驅(qū)動控制量，在計算優(yōu)化搖擺阻尼控制的優(yōu)化控制單元42中，用來計算橫行小車11的速度指令u0和滑車組14，15的速度指令u1，u2，所用計算式〔1〕為u＝K×X……〔1〕式中，“u”代表下文所示控制(操作)量的矢量，而(矩陣)元為橫向小車11的速度指令u0、左滑車組14的速度指令u1和右滑車組15的速度指令u2，從左到右排列，更明晰些，“u”可以用下式〔2〕定義 狀態(tài)量矢量“X”定義如下即，矩陣的元，從上到下排列，為橫行小車的位置或位移X0和速度X1，左滑車組14的位置或位移X2的速度X3，右滑車組15的位置或位移X4和速度X5，卷揚(yáng)物件23左側(cè)的位置或位移X6和速度X7，卷揚(yáng)物件23右側(cè)的位置或位移X8和速度X9。明晰地，“X”可以用下式〔3〕表達(dá)
由下式〔4〕定義的3×10常數(shù)矩陣“K”代表一優(yōu)化增益矩陣 這里，作為優(yōu)化增益的常數(shù)矩陣K應(yīng)預(yù)先用下述程序計算。
(1)從橫行小車11，兩(左和右)滑車組14，15和卷揚(yáng)物件23右側(cè)和左側(cè)搖擺運動的運動方程，導(dǎo)出式〔5〕所示的下式。狀態(tài)方程是一性線微分方程，它用一橫向和扭轉(zhuǎn)運動的彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)來表示卷揚(yáng)物件的搖擺。此處，對狀態(tài)方程，包括其推導(dǎo)，不再詳述。
X＝A×X+B×u……〔5〕式中，u和X分別代表上述控制量矢量和狀態(tài)量矢量，而A表示一個10×10常數(shù)矩陣，B表示一個10×3常數(shù)矩陣。
(2)對上面的狀態(tài)方程〔5〕，確定一個在下式〔7〕中所定義的優(yōu)化增益K，以使由下式〔6〕所定義的求值函數(shù)J取最小值。
式中，Q和R各代表10×10和3×10權(quán)矩陣。
這樣，使求值函數(shù)最小，便可以確定優(yōu)化增益K，以便用最小的控制量“u”，盡快將所有狀態(tài)量“X”的矩陣元平衡或消除。
(3)根據(jù)由上述計算所確定的優(yōu)化增益，優(yōu)化控制單元計算與由檢測器31到38和40所檢測到的移動狀態(tài)量和操作狀態(tài)量相符的優(yōu)化控制量。這樣求得的優(yōu)化控制量被輸出到橫行小車和兩(左和右)個滑車組14和15的驅(qū)動器17，18，19，作為速度指令u0，u1和u2的控制指令信號，以進(jìn)行卷揚(yáng)物件23搖擺阻尼的優(yōu)化控制。
圖3示一控制方框圖，代表本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第二實施例。
如圖3中所示，在本實施例中，控制器51由下列單元組成一個工作狀態(tài)測定單元52，它接收從橫向槽口驅(qū)動控制量檢測器40、橫向小車驅(qū)動器17的位置和速度檢測器31和32送來的信號，測量橫行小車11的工作狀態(tài)，或橫行小車是處在什么狀態(tài)，具體地是，小車11是在被驅(qū)動的狀態(tài)，小車11是在減速中間以在目標(biāo)處停下的狀態(tài)或小車是在定位后需要搖擺阻尼的狀態(tài)，從而發(fā)送輸出信號;一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元53，它根據(jù)由工作狀態(tài)測定單元52來的信號和預(yù)先對不同工作狀態(tài)計算和確立的若干工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益K1，K2和K3，從工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益K1，K2和K3中為檢測到的工作狀態(tài)選擇一個優(yōu)化增益K;和一個優(yōu)化控制單元54，它接收在工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元53中選出的優(yōu)化增益K，按照從檢測器31到38和40輸入來的運動狀態(tài)量，確立優(yōu)化控制量，靠橫向小車11的驅(qū)動器，兩(左和右)滑車組14，15各自的驅(qū)動器18，19，來進(jìn)行搖擺阻尼的優(yōu)化控制。
現(xiàn)在說明本實施例的控制器51所實現(xiàn)的具體搖擺阻尼過程。
1)工作狀態(tài)測定單元52根據(jù)從橫向槽口驅(qū)動控制量檢測器40、橫行小車驅(qū)動器17的位置和速度檢測器31，32來的檢測信號，測定橫行小車11的工作狀態(tài)。這時，如果操作者正在進(jìn)行槽口驅(qū)動操作，或槽口驅(qū)動操作量不是零，單元52判斷卷揚(yáng)物件23離物件要放下到地上的目標(biāo)位置尚遠(yuǎn)，當(dāng)槽口驅(qū)動操作量變得等于零時，單元52判斷物件走近目標(biāo)位置，當(dāng)槽口驅(qū)動操作量等于零并且橫行小車位置信號表明物件23是在目標(biāo)位置，橫行速度等于零時，便判斷物件23已到達(dá)目標(biāo)位置。
2)工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元53，按照在1)中測定的工作狀態(tài)，從3個優(yōu)化增益K1，K2和K3中選擇一個作為優(yōu)化增益K。這里，優(yōu)化增益K1，K2和K3是按照第一實施例的2)中的步驟(1)和(2)所述同樣的方法確定的，這時使用式〔8〕所示優(yōu)化增益K1，K2，K33個各自的求值函數(shù)J1，J2和J3。

從而，這樣求得的3種優(yōu)化增益，相應(yīng)于J1，J2和J3，分別區(qū)分為u1，u2和u3。
式中，Q1是一速度跟隨型優(yōu)化增益計算模式的權(quán)矩陣，在這種模式中操作者根據(jù)橫行小車11的速度進(jìn)行槽口驅(qū)動操作，而不影響橫行小車的位置控制，Q2是一位置控制型優(yōu)化增益計算模式的權(quán)矩陣，在這種模式中，控制橫行小車以到達(dá)目標(biāo)位置，Q3是一搖擺阻尼型優(yōu)化增益計算模式的權(quán)矩陣，在這種模式中，單靠滑車組14和15進(jìn)行橫行小車11的定位和搖擺的阻尼。K是一常數(shù)矩陣，例如，可以是一單位矩陣。
權(quán)矩陣Q1，Q2，Q3由下列矩陣〔9〕表示
3)工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元是按以下所述進(jìn)行優(yōu)化增益K的選擇的(a)如果物件離開目標(biāo)地點尚遠(yuǎn)，將操作者進(jìn)行槽口驅(qū)動操作的速度跟隨型模式的優(yōu)化增益K1選為優(yōu)化增益K。
(b)如果物件已移至目標(biāo)地點的近處，將控制橫行小車以到達(dá)目標(biāo)地點的位置控制模式的優(yōu)化增益K2選為優(yōu)化增益K。
(c)如果物件已定位于目標(biāo)地點，將由滑車組14和15單獨進(jìn)行搖擺阻尼的搖擺阻尼模式的優(yōu)化增益K3選為優(yōu)化增益K。
4)于是，和第一實施例中一樣，由檢測器31和38和40所測得的運動狀態(tài)量和橫向槽口驅(qū)動控制量被輸出到控制器51中。
5)從所輸入的工作狀態(tài)，控制器51使優(yōu)化控制單元54根據(jù)前述方程〔1〕進(jìn)行搖擺阻尼優(yōu)化控制的計算，以確定橫行小車11的速度指令u0、滑車組14和15各自的速度指令u1和u2。
6)優(yōu)化控制單元54，根據(jù)優(yōu)化增益K，計算與由檢測器31到38和40所測得的移運狀態(tài)量和工作狀態(tài)相符的優(yōu)化控制量，并將所得到的優(yōu)化控制量，作為速度指令u0，u1和u2的控制指令信號，輸出給橫行小車11和兩個(左和右)滑車組14，15的驅(qū)動器17，18和19，這樣，卷揚(yáng)物件23便被優(yōu)化控制，以停止搖擺。
從而，根據(jù)第二實施例中所說明的控制器51，可以消除常規(guī)結(jié)構(gòu)的起重機(jī)在工作狀態(tài)分類的確定中以及操作控制中所遇到的困難，其方法是由工作狀態(tài)測定單元52測定橫行小車的工作狀態(tài)，使工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元53可以按照橫行小車11的工作狀態(tài)，從速度跟隨型、目標(biāo)位置到達(dá)型和使用滑車組14和15的搖擺阻尼型中，為每一模式選出單獨的優(yōu)化增益K，并使優(yōu)化控制單元54根據(jù)所選的優(yōu)化增益K進(jìn)行搖擺阻尼的優(yōu)化控制。
圖4示一控制方框圖，它說明本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第三實施例。
如圖4中所示，本發(fā)明的控制器61包括一個優(yōu)化增益計算單元62，用于獨立控制橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺，為的是計算優(yōu)化增益，以便在相互分開阻尼橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺時使用;和一個優(yōu)化控制單元63、它根據(jù)在優(yōu)化增益計算單元62為分開控制橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺計算所得的優(yōu)化增益來進(jìn)行搖擺阻尼控制。當(dāng)橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺兩者同時通過前述檢測器31到38和40測得時，優(yōu)化控制單元63，按照檢測所得，在為分開控制橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺由優(yōu)化增益計算單元62所確立的優(yōu)化增益基礎(chǔ)上，確立為橫向小車驅(qū)動器17衰減橫向搖擺和兩個(左和右)滑車組驅(qū)動器18和19衰減扭轉(zhuǎn)搖擺分開的優(yōu)化控制量，并借此分開進(jìn)行阻尼控制。
現(xiàn)在說明本實施例的控制器61進(jìn)行的搖擺阻尼的具體過程。
1)用于分開控制橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺的優(yōu)化增益計算單元62以下述方式計算一個優(yōu)化增益(1)在上述狀態(tài)方程〔5〕中，如果X被X＝T×X′所替代，以進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，則可以得到下面的狀態(tài)方程〔10〕，式中X′和T各表示一個新的狀態(tài)量矢量和一個模式轉(zhuǎn)換矩陣。
X′＝A′×X′+B′×u…〔10〕式中，A′＝T-1×A×T B′＝T-1×B 一言以蔽之，關(guān)于新的狀態(tài)量矢量X′，導(dǎo)出一個新的狀態(tài)方程，矢量X′的元為按從上到下的順序，X0和X1橫行小車u的位置或位移和速度;X2′和X3′滑車組14，15的位置或位移和速度的橫向分量;X4′和X5′滑車組14，15的位置或位移和速度的扭轉(zhuǎn)分量;X6′和X7′卷揚(yáng)物件23的位置或位移和速度的橫向分量;X8′和X9′卷揚(yáng)物件23的位置或位移和速度的扭轉(zhuǎn)分量。
(1)為上述狀態(tài)方程〔10〕，確定在下列方程〔12〕中所定義的優(yōu)化增益矩陣K′，以使由下列方程〔11〕所定義的求值函數(shù)J取最小值。
u＝K′×X′…〔12〕式中，Q和K分別表示10×10和3×3的權(quán)矩陣。明晰地，Q可以用下式表達(dá) 這樣，將求值函數(shù)J最小化，便可以確定增益優(yōu)化矩陣K′，以最小的控制量，盡快平衡或消除狀態(tài)量矩陣X′的所有的元或使其為零。
這里，為了達(dá)到搖擺阻尼的優(yōu)化控制，應(yīng)確定橫行小車和滑車組工作的優(yōu)化分配。這取決于上面方程〔11〕中出現(xiàn)的權(quán)矩陣Q的建立。
在橫向行走中，卷揚(yáng)物件23的搖擺在量上包括一大的橫向搖擺運動，這是當(dāng)卷揚(yáng)物件被加速或減速時由慣性所引起的，還有一相對比橫向搖擺運動小的扭轉(zhuǎn)搖擺運動，這是由卷揚(yáng)物件23的偏心等等所引起的。為了衰減較大的橫向搖擺運動，應(yīng)使用靠橫行小車11的搖擺阻尼優(yōu)化控制，因為滑車組14，15的運動只限于在橫行小車11上的一個短行程，不能對付大的搖擺運動。在另一方面，為了衰減扭轉(zhuǎn)搖擺運動，應(yīng)使用靠滑車組14和15的搖擺阻尼優(yōu)化控制，因為扭轉(zhuǎn)搖擺相對較小，在理論上，橫行小車的運動不能對付這種運動。
這種工作分配可以如下所述靠調(diào)整權(quán)矩陣Q的元，具體的是q2，q3，q4，q5元q2和q3是滑車組14，15的橫向運動分量的權(quán)系數(shù)，如果這些元取得大，衰減橫向搖擺運動所需的滑車組14和15的橫向運動將受到限制，因此，只有小車11有助于控制橫向搖擺運動的阻尼。
元q4和q5是滑車組14，15扭轉(zhuǎn)運動分量的權(quán)系數(shù)，如果這兩個元取得小，阻尼扭轉(zhuǎn)搖擺運動所需的滑車組14和15的移動量可以保證在滑車組14和15的行程范圍之內(nèi)。此外，由于橫向小車11在理論上不會引起扭轉(zhuǎn)運動，只有滑車組會有效地控制扭轉(zhuǎn)搖擺運動的阻尼。
(3)其次，將X＝T-1×X代入上面的方程〔12〕中，可以得到下面的方程〔13〕。這使得系統(tǒng)可以對反饋狀態(tài)量X獲得一個優(yōu)化增益K＝K′×T-1。
u＝K′×T-1×X＝K×X …〔13〕這樣靠上述計算所得到的優(yōu)化增益便作為一優(yōu)化增益部分K確立下來。
2)于是，和第一實施例中一樣，將由檢測器31到38和40檢測到的運動狀態(tài)量和橫向槽口驅(qū)動控制量輸出給控制器61。
3)從輸入的運動狀態(tài)量和橫向槽口驅(qū)動控制量，控制器61使優(yōu)化控制單元63根據(jù)上述方程〔1〕進(jìn)行搖擺阻尼優(yōu)化控制的計算，以確定橫行小車11的速度指令u0和兩個(左和右)滑車組14和15各自的速度指令u1和u2。
4)優(yōu)化控制單元63，根據(jù)優(yōu)化增益K，計算與檢測器31到38和40檢測到的運動狀態(tài)量和操作狀態(tài)量相符的優(yōu)化控制量，并將所得到的優(yōu)化控制量作為速度指令u0，u1和u2的指令信號輸出給橫行小車11和兩個(左和右)滑車組14和15的驅(qū)動器17，18和19，借此卷揚(yáng)物件23被優(yōu)化控制，以停止搖擺。
這樣，有了在第三實施例中說明的控制器61，從檢測器31到38和40得來的狀態(tài)量矢量被乘以模式轉(zhuǎn)換矩陣T-1，以產(chǎn)生一個新的狀態(tài)量矢量X′，在這矢量中，橫向搖擺分量和扭轉(zhuǎn)搖擺分量是分開的。這樣，新產(chǎn)生的矢量被乘以優(yōu)化增益K′，得到優(yōu)化控制量矢量u。至于阻尼操作，優(yōu)化控制單元是這樣構(gòu)成的，即橫向搖擺分量是由橫行小車11的驅(qū)動衰減的，而扭轉(zhuǎn)搖擺分量是由滑車組14和15的驅(qū)動來衰減的。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，操作者很難明確如何控制橫行小車和/或滑車組14，15，但是這個實施例可以解決這一類的常規(guī)問題。
圖5示一控制方框圖，說明本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第四實施例。
如圖5中所示，本實施例的控制器71把第二和第三實施例中所述控制器51和61的特點結(jié)合在一起。
具體地說，在控制器71中，一個優(yōu)化控制單元72，在收到來自檢測器31到38和40的檢測信號后，建立優(yōu)化控制量，它們總是由優(yōu)化增益K得來，而優(yōu)化增益則如在第二和第三實施例的控制器51和61中所進(jìn)行的一樣，是根據(jù)工作狀態(tài)和搖擺模式(即橫向搖擺運動和扭轉(zhuǎn)搖擺運動)兩者確定的。因這樣確定的優(yōu)化控制量，控制器71進(jìn)行搖擺阻尼的控制。
現(xiàn)在說明本實施例的控制器71所進(jìn)行的一個具體的搖擺阻尼過程。
1)和上述第三實施例中一樣，優(yōu)化增益計算單元62為分開控制橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺，導(dǎo)出上述狀態(tài)方程〔10〕。然后，和在第二實施例中所述一樣，確定優(yōu)化增益K1，K2和K3，以使方程〔8〕所示上述3個求值函數(shù)J1，J2和J3得以最小化。這里，權(quán)矩陣Q1和Q2和Q3用在第二實施例中所示的。至于Q1，Q2，q2，q3，q4和q5應(yīng)如第三實施例中所示進(jìn)行調(diào)整，以致優(yōu)化增益K1和K2可以使控制操作分開進(jìn)行，即為橫向搖擺對小車11的控制和為扭轉(zhuǎn)搖擺對滑車組14，15的控制可以分開進(jìn)行。
2)至于接下去的過程是和第二實施例中一樣進(jìn)行，詳情從略。
這樣，同第四實施例中所說的控制器71，從檢測器31到38和40得來的狀態(tài)量矢量X被乘以模式轉(zhuǎn)換矩陣T-1，以產(chǎn)生一個新的狀態(tài)量矢量X′，在這矢量中橫向搖擺分量和扭轉(zhuǎn)搖擺分量是分開的。這樣新產(chǎn)生的矢量X′被乘以優(yōu)化增益K′，得到一個優(yōu)化控制量矢量u。至于阻尼操作，優(yōu)化控制單元72是這樣構(gòu)成的，即橫向搖擺分量是由橫行小車11的驅(qū)動來衰減，而扭轉(zhuǎn)搖擺分量是由滑車組14和15的驅(qū)動來衰減。在現(xiàn)用技術(shù)的系統(tǒng)，操作者很難明確如何控制橫行小車11和/或滑車組14和15，但是本實施例可以解決這一類的常規(guī)問題。
此外，用工作狀態(tài)測定單元52來測定橫行小車11的工作狀態(tài)，使工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元得以按照橫行小車11的工作狀態(tài)，為從速度跟隨模式、目標(biāo)位置到達(dá)模式以及用滑車14和15的搖擺阻尼模式中選出的第一模式選擇單獨的優(yōu)化增益K，并使優(yōu)化控制單元72根據(jù)所選的優(yōu)化增益K進(jìn)行阻尼的優(yōu)化控制，就可以消除在常規(guī)結(jié)構(gòu)中工作狀態(tài)分類確定和操作控制中的困難。
如在關(guān)于實施例的詳細(xì)說明中所說，本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第一個特點是裝有橫行小車，它有一對滑車組，裝在橫行小車的兩側(cè)，并可以相對于橫行小車移動，此外還包括各種檢測器，諸如檢測橫行小車移動狀態(tài)量、檢測卷揚(yáng)物件右側(cè)和左側(cè)的移動狀態(tài)量以及檢測左和右滑車組的移動狀態(tài)量的一些檢測器;裝在操作控制板上的橫向槽口驅(qū)動量檢測器;一個根據(jù)從檢測器得來的檢測信號進(jìn)行物件卷揚(yáng)設(shè)備的搖擺阻尼控制的控制器，這控制器是這樣構(gòu)成的，即它具有一優(yōu)化控制單元，該單元按照從檢測器檢測到的移動狀態(tài)量和槽口驅(qū)動控制量，以預(yù)先確立的搖擺阻尼優(yōu)化增益為基礎(chǔ)，為卷揚(yáng)物件確立優(yōu)化控制量，以所確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動橫行小車和滑車組，來完成搖擺的阻尼控制。因此，借卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制的自動化，可以有把握地建立對卷揚(yáng)物件輕而易舉的搖擺阻尼控制，而這在現(xiàn)用技術(shù)中是困難的。此外，可以實現(xiàn)搖擺阻尼優(yōu)化控制，盡快地衰減卷揚(yáng)物件的搖擺，阻止物件的搖擺。結(jié)果，操作者的工作量以及搖擺阻尼所需的時間均顯著減少，從而可以提高卷揚(yáng)物件的運送效率。
根據(jù)本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第二特點，控制器包括一個工作狀態(tài)測定單元，它根據(jù)工作狀態(tài)量和橫行小車槽口驅(qū)動控制量的檢測信號，檢測橫行小車的工作狀態(tài);一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，它根據(jù)工作狀態(tài)測定單元所檢測到的工作狀態(tài)，為搖擺阻尼選擇一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益;一個優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益單元輸出的優(yōu)化增益，為卷揚(yáng)物件確立優(yōu)化控制量，并靠按照確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動橫行小車和滑車組，進(jìn)行搖擺阻尼的控制。因此，靠確實測定小車的工作狀態(tài)，確定是在橫向行走狀態(tài)、減速行走狀態(tài)還是在停止?fàn)顟B(tài)以及所需要的搖擺阻尼操作，便可以確立一個優(yōu)化增益，結(jié)果，可以簡化工作狀態(tài)和其操作控制的確定過程。
根據(jù)本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第三特點，控制器包括一個獨立控制優(yōu)化增益計算單元，它計算用來控制卷揚(yáng)物件橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺的獨立優(yōu)化增益，兩者相互分開;和一個進(jìn)行搖擺阻尼控制的優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從獨立控制優(yōu)化增益計算單元輸出的優(yōu)化增益，為卷揚(yáng)物件確立優(yōu)化控制量，并靠驅(qū)動橫行小車來衰減物件的橫向搖擺，和驅(qū)動右和左滑車組來衰減物件的扭轉(zhuǎn)搖擺，以進(jìn)行搖擺阻尼控制。因此，可以將兩者分開來衰減和阻止卷揚(yáng)物件的橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺，從而可以建立橫行小車和滑車組驅(qū)動的適當(dāng)控制，以進(jìn)行搖擺的優(yōu)化阻尼。
根據(jù)本發(fā)明的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的第四特點，控制器包括一個獨立控制優(yōu)化增益計算單元，它計算獨立優(yōu)化增益，用來控制卷揚(yáng)物件的橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺，兩者相互分開，并將所計算的優(yōu)化增益輸出;一個工作狀態(tài)測定單元，它根據(jù)工作狀態(tài)量和橫行小車的槽口驅(qū)動控制量的檢測信號，測定橫行小車的工作狀態(tài);一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，它根據(jù)工作狀態(tài)測定單元所檢測到的工作狀態(tài)，選擇一個預(yù)先確定的工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益或由獨立控制優(yōu)化增益計算單元所確立的工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益，并將所選擇的增益輸出;和一個優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元輸出的優(yōu)化增益，為卷揚(yáng)物件確立優(yōu)化控制量，并靠按照所確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動橫行小車和滑車組，完成搖擺阻尼控制。因此，可以按照橫行小車的工作狀態(tài)和卷揚(yáng)物件的搖擺狀態(tài)，確立一個優(yōu)化增益。結(jié)果，可以將工作狀態(tài)及其操作控制的確定過程簡化。此外，可以建立橫行小車和滑車組驅(qū)動的適當(dāng)?shù)目刂?，以進(jìn)行優(yōu)化的搖擺阻尼。
權(quán)利要求
1.一種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，用于物件起重設(shè)備中，這種起重設(shè)備具有一橫行小車用來卷揚(yáng)物件，和一對，或右和左，滑車組，它們沿上述橫行小車的移動方向布置，與上述橫行小車的側(cè)邊平行，并可相對于上述橫行小車移動，這種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置包括小車移動狀態(tài)量檢測器，用來檢測上述橫行小車的移動狀態(tài)量；卷揚(yáng)物件移動狀態(tài)量檢測器，用來檢測由上述橫行小車卷揚(yáng)的物件右側(cè)和左側(cè)的移動狀態(tài)量；滑車組移動狀態(tài)量檢測器，用來檢測上述右和左滑車組的移動狀態(tài)量；一槽口驅(qū)動控制量檢測器，用來檢測上述借助于一操作控制板控制的小車的橫向槽口驅(qū)動控制量；和一控制器，用來根據(jù)從上述一些檢測器得來的檢測信號，進(jìn)行上述物件卷揚(yáng)設(shè)備的搖擺阻尼控制，這種卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置的特征在于，上述控制器具有一優(yōu)化控制單元，它根據(jù)由上述一些檢測器檢測到的移動狀態(tài)量和槽口驅(qū)動控制量，在為搖擺阻尼所預(yù)先確定的優(yōu)化增益的基礎(chǔ)上，確立卷揚(yáng)物件的優(yōu)化控制量，并按照所確定的優(yōu)化控制量驅(qū)動上述橫行小車和上述滑車組，以執(zhí)行搖擺阻尼控制。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，其特征在于，上述控制器包括一工作狀態(tài)測定單元，它根據(jù)檢測到的工作狀態(tài)量和上述橫行小車的槽口驅(qū)動控制量信號，測定上述橫行小車的工作狀態(tài);一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，它根據(jù)由上述工作狀態(tài)測定單元檢測到的工作狀態(tài)，在若干預(yù)先確定的優(yōu)化增益中，為搖擺阻尼選擇一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益;和一個優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從上述工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元輸出的優(yōu)化增益，為卷揚(yáng)物件確立優(yōu)化控制量，并按照所確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動上述橫行小車和上述滑車組，以執(zhí)行搖擺阻尼控制。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，其特征在于，控制器包括一個獨立控制優(yōu)化增益計算單元，它計算用來控制卷揚(yáng)物件橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺的獨立優(yōu)化增益，兩者是相互獨立的，并將計算的優(yōu)化增益輸出;一個用于進(jìn)行搖擺阻尼控制的優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從上述獨立控制優(yōu)化增益計算單元輸出的優(yōu)化增益，確立卷揚(yáng)物件的優(yōu)化控制量，并驅(qū)動上述橫行小車來減消物件的橫向搖擺和驅(qū)動上述右和左滑車組來減消物件的扭轉(zhuǎn)搖擺，以執(zhí)行搖擺阻尼控制。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1的卷揚(yáng)物件搖擺阻尼控制裝置，其特征在于，上述控制器包括一個獨立控制優(yōu)化增益計算單元，它計算用來控制卷揚(yáng)物件的橫向搖擺和扭轉(zhuǎn)搖擺的獨立優(yōu)化增益，兩者相互獨立，并將所計算的優(yōu)化增益輸出;一個工作狀態(tài)測定單元，它根據(jù)檢測到的工作狀態(tài)量和上述橫行小車的槽口驅(qū)動控制量信號，測定上述橫行小車的工作狀態(tài);一個工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元，它根據(jù)由上述工作狀態(tài)測定單元所測定的工作狀態(tài)，選擇一個預(yù)先確定的工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益，或一個由上述獨立控制優(yōu)化增益計算單元所確立的工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益，并將所選的增益輸出;一個優(yōu)化控制單元，它根據(jù)從上述工作狀態(tài)分類優(yōu)化增益選擇單元輸出的優(yōu)化增益，確立卷揚(yáng)物件的優(yōu)化控制量，并按照確立的優(yōu)化控制量驅(qū)動上述橫行小車和上述滑車組，以執(zhí)行搖擺阻尼控制。
全文摘要
在一橫行小車11的兩側(cè)布置有一對滑車組14，15，它們可以相對于橫行小車移動。檢測器31到38檢測橫行小車、卷揚(yáng)物件23兩側(cè)和兩滑車組14，15的移動狀態(tài)量，同時在橫行小車11的操作控制板39上裝有一橫向槽口驅(qū)動控制量檢測器40、一個控制器根據(jù)從檢測器31到38以及40獲得的檢測信號，進(jìn)行物件卷揚(yáng)設(shè)備的搖擺阻尼控制，一個優(yōu)化控制單元根據(jù)按移動狀態(tài)量和槽口驅(qū)動控制量所預(yù)定的優(yōu)化增益K，用優(yōu)化控制量執(zhí)行搖擺阻尼控制。
文檔編號B66C13/06GK1113478SQ9510358
公開日1995年12月20日 申請日期1995年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月28日
發(fā)明者門前唯明, 河野進(jìn), 豐原尚, 大久保欣昭, 宮田紀(jì)明 申請人:三菱重工業(yè)株式會社