橋式吊車裝卸定位防遙控制探討

陳 成

（開封市質量技術監(jiān)督檢驗測試中心，河南 開封 475000）

隨著科學技術的發(fā)展，PLC 技術、變頻器技術和現場總線技術越來越多地應用到吊車的控制系統(tǒng)當中，國內外很多學者和工程技術人員做了很多有效的改造和嘗試，吊車的控制精度和運行平穩(wěn)性得到了很大的提高。但是吊車的運行依然在很大程度上依賴于操作工人的經驗和熟練程度。要成為一名合格的吊車運行人員，需要接受長時間的培訓和鍛煉，而且工作過程中勞動強度很大。在運輸危險腐蝕性材料時，極易發(fā)生事故。所以設計出高性能的吊車自動控制系統(tǒng)具有非常重要的意義。

1 橋式吊車裝卸定位防遙控制的現狀

國內外很多專家學者將現代化的控制理論應用到吊車的控制中，以有效抑制吊車運行中的擺動，提高吊車運行的效率和安全性，如輸人整形控制、最優(yōu)控制、模糊控制、自適應控制等。一般的PLC 和變頻器結合的吊車控制系統(tǒng)越來越不能滿足對吊車控制的要求。傳統(tǒng)的PLC 控制系統(tǒng)只能實現升、降、左右移及加減速等簡單的邏輯控制，不能有效減小吊車的擺動?，F如今，橋式吊車在作業(yè)過程中伴隨有隨著橋吊小車的運動引起負載的擺動問題。當橋吊負載或繩長發(fā)生改變時，同樣易引起對小車快速定位與負載擺動控制精度的影響。

2 控制器設計

1） 橋吊PID 控制器設計。為了優(yōu)化控制效果，我們將H 魯棒控制作為系統(tǒng)內環(huán)控制器。對輸出位移跟蹤性質和擺角抑制問題分別設計I-PD 與PD 控制作為外環(huán)控制器進行優(yōu)化。本文通過設計一種I-PD 和PD 控制器實現對橋吊系統(tǒng)的控制。在I-PD 控制器和PD 控制器中均應用了特征比例分配法分別對橋吊小車的位移與橋吊負載擺角進行了控制。運用特征比例分配法的概念中的設定參數K 可以提高階躍響應的速度，從而減小系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間。

2） PLC 控制程序。PLC 用于實現故障檢測、通信網絡中數據傳遞的時間測定、將PC 機輸出的控制電機速度的數字信號轉換為模擬信號等基本任務。PC 機的任務是接收傳感器上的信號，并將這些信號用于控制，然后向PLC 發(fā)出速度控制的參考輸入信號。視覺系統(tǒng)里面的圖像處理用戶程序可以將拍攝的照片轉換為坐標信息。PLC 的控制程序包括主程序和中斷服務程序兩部分。主程序主要用于故障檢測，比如用于檢測橋架和臺車是否撞下限位開關，確保橋架、臺車電機沒有發(fā)生過載故障等等。中斷服務程序的功能是：接收激光測距儀的模擬信號，此信號代表了橋架的位置：將此信號發(fā)送給PC 機；從按鈕或者PC 機接收速度參考信號，并且將該信號傳送給變頻器。

3 橋式吊車裝卸定位防遙控制的原理

針對橋式吊車防搖定位控制的要求，基于線性矩陣不等式方法，采用H 魯棒控制結合I-PD 與PD 控制方法，提出一種基于線性矩陣不等式方法的H 魯棒PID 控制法。該方法對于像橋式吊車這樣的欠驅動復雜系統(tǒng)，為了對其進行在有未知外力或負載發(fā)生變化等情況下的防搖定位控制，采用H魯棒控制法，將其作為橋吊系統(tǒng)的內環(huán)控制，充分利用魯棒控制器的魯棒性能提升系統(tǒng)對未知擾動情況下的抗擾能力。同時結合雙閉環(huán)I-PD 與PD 控制方法作為系統(tǒng)的外環(huán)控制，有效地克服了摩擦力擾動、橋吊內部參數變化和外界未知擾動。經實驗仿真可以看到在橋式吊車的精確定位和負載擺角抑制方面具有良好的控制效果。

4 討論

PID 控制是一種誤差控制．其具有不過分依賴被控系統(tǒng)模型，控制原理與控制器設計簡單且便于實時工作等優(yōu)點。傳統(tǒng)的PID 控制對橋式吊車這類受系統(tǒng)參數和環(huán)境變化影響較大的非線性欠驅動系統(tǒng)的控制難以取得理想效果。文獻[4]針對于橋式吊車的防搖定位問題提出了一種基于T-S 模型的橋吊H 控制策略，把系統(tǒng)穩(wěn)定性條件和H 控制轉變?yōu)榍蠼庖幌盗械木仃嚥坏仁絾栴}，該控制方法能夠較好地解決橋式吊車的小車定位與減小負載擺角問題。

5 結語

本文針對于橋吊系統(tǒng)的防搖定位控制問題，采用基于線性矩陣不等式方法設計一種狀態(tài)反饋H 控制結合PID 控制，在不知道確切給定正數的值時，利用LMI 方法通過設定值得到橋吊系統(tǒng)的狀態(tài)反饋增益。為了優(yōu)化魯棒控制器的控制效果，在將狀態(tài)反饋H 控制作為系統(tǒng)內部控制之后分別加入IPD 與PD 控制器對橋吊的位移和擺角加以控制。為了突出魯棒控制在有外擾的情況下具有更優(yōu)的魯棒性，在仿真實驗研究中，分別對PID 控制器與H 魯棒PID 控制器控制的橋吊系統(tǒng)下添加了外界干擾。結果表明狀態(tài)反饋H 魯棒PID 控制器不僅具有PID 控制的優(yōu)點，而且對于外界環(huán)境的抗干擾能力更強。同時表明在橋吊系統(tǒng)中，PID 控制與狀態(tài)反饋H 控制可以較好地融合。