(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111146433.4 (22)申请日 2021.09.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113896111 A (43)申请公布日 2022.01.07 (73)专利权人 中国人民解 放军火箭军工程大 学 地址 710038 陕西省西安市灞桥区同心路 二号东苑 (72)发明人 何祯鑫　于传强　王欣　冯永保　 李良　曹大志　杜文正　郭杨　 王俊提　 (74)专利代理 机构 西安研创天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61239 专利代理师 张红哲 (51)Int.Cl. B66C 13/48(2006.01) B66C 13/22(2006.01) B66C 13/06(2006.01)B66C 13/08(2006.01) B66C 13/16(2006.01) B66C 15/04(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 17/10(2006.01) (56)对比文件 JP H07215668 A,1995.08.15 CN 102849625 A,2013.01.02 CN 106115484 A,2016.1 1.16 CN 108545 610 A,2018.09.18 CN 109896423 A,2019.0 6.18 CN 109911773 A,2019.0 6.21 CN 111422739 A,2020.07.17 CN 112340608 A,2021.02.09 EP 2896590 A1,2015.07.2 2 王璐等.桥式起重 机防摇控制系统数 学建模 方法研究. 《起重运输 机械》 .2016,(第09期),第 1-5页. 审查员 梅钦 (54)发明名称 一种欠驱动起重吊装设备控制系统及其方 法 (57)摘要 本发明公开了一种欠驱动起重吊装设备控 制系统及其方法， 所述系统包括吊装场景信息获 取模块、 摆角获取模块、 高度获取模块和控制模 块， 所述吊装场景信息获取模块、 摆角获取模块、 高度获取模块均与控制模块连接， 所述控制模块 控制起重吊装设备起升机构动作； 本系统和方法 在使用时， 能够实现门桥式起重吊装设备在起吊 过程中的防歪拉斜吊， 防摆动， 防碰撞的 “三防” 功能， 从而 提高生产运输操作的平稳性、 安全性、 工作效率和可控性， 具有平稳性、 安全性、 工作效 率和可控性高的特点。 权利要求书4页 说明书10页 附图5页 CN 113896111 B 2022.07.29 CN 113896111 B 1.一种欠驱动 起重吊装设备控制系统， 其特征在于： 包括吊装场景信 息获取模块、 摆角 获取模块、 高度获取模块和控制模块， 所述 吊装场景信息获取模块、 摆角获取模块、 高度获 取模块均 与控制模块连接， 所述控制模块控制起重吊装设备起升 机构动作； 所述吊装场景信 息获取模块设置在起重吊装设备起升机构的下沿， 用于获得吊装场景 信息， 同时将吊装场景信息传输给控制模块； 所述摆角获取模块设置在起升机构的钢丝绳上， 用于获取钢丝绳在重物起吊过程中的 摆角 θ， 并将摆角信息传输给控制模块； 所述高度获取模块设置在起升机构的卷筒上， 与卷筒 同轴转动， 用于计算起升机构起 升过程中的起升高度， 并将高度信息传输给控制模块； 所述控制模块用于根据获取到的吊装场景信 息、 钢丝绳摆角信 息和起升机构高度信 息 计算所需驱动起重吊装设备起升机构小 车运行和起吊电机的控制频率， 并将控制频率以D / A形式传递给起升机构的变频器， 变频器依据输入的电流大小， 输出对应的驱动信号频率， 电机根据驱动信号频率进行无极变速运动， 完成 “防歪拉斜吊与自动对中 ”、 运输中的防摆 动以及防碰撞； 所述的吊装场景信 息获取模块包括激光雷达和处理器； 所述摆角获取模块为摆角传感 器； 所述高度获取模块 为编码器； 所述控制模块 为PLC控制器。 2.根据权利要求1所述的一种欠驱动起重吊装设备控制系统 的控制方法， 其特征在于： 所述方法基于所述欠驱动起重吊装设备控制系统进行， 且控制模块控制所述的防歪拉斜吊 与自动对中、 运输中的防摆动以及防碰撞的控制过程包括 Step1.防起重吊装设备歪拉斜吊与自动对中的控制过程； Step2.基于运动学的周期防摇摆半闭环控制过程； Step3.基于深度学习的吊重主动防碰撞控制过程。 3.根据权利要求2所述的控制方法， 其特征在于： 步骤Step1所述的防歪拉斜吊与自动 对中的过程包括 Step101.使用摆角获取模块获取起升机构的钢丝绳与重物之间的偏角， 由此推算出将 测得的对中偏差与绳长偏差的表达式： 在式(1)中： 表示起升电机的收绳速度， φ表示当前检测到的偏角， H表示起升高度， 表示小车运动的速度， 为偏角速度； Step102.由式(1)可 得， 收放绳与小车运行速度之间的关系满足： Step103.根据 式(2)可知， 在偏角小于30 °时收绳速度与运行速度比值近似成线性， 采 用匀速移动的方法变速收绳的方法选择0 ‑47°的平均斜 率K＝0.3， 记作收绳速度调节参数； Step104.采用modbus协议将摆角传感器敏感到的倾角信息实时的送入PLC控制器， 经权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113896111 B 2过控制模块判断处 理后， 控制变频器驱动电机， 实现对中误差的消除。 4.根据权利要求2所述的控制方法， 其特征在于： 步骤Step2所述的基于运动学的周期 防摇摆半闭环控制过程包括 Step201.根据门式起重吊装设备受力模型建立起重吊装设备负载钢丝绳系统的欠驱 动起重吊装设备动力建模； Step202.以拉格朗日能量方程为基础， 对起重吊装设备二维摆动系统进行控制策略推 导， 得到具有防摆功能的小车运行速度模型。 5.根据权利要求4所述的控制方法， 其特征在于： 步骤Step201所述的欠驱动起重吊装 设备动力建模的建立过程包括 (1)根据门式起重吊装设备受力特性， 建立二维门式起重吊装设备受力模型， 其中X方 向为小车运行 方向， Y方向为大 车运行方向， OXY平面 为小车实际运行平面； (2)基于拉格朗日方程建模， 得到系统动能为： 对应势能为： P＝‑mgl cosθ    (4) (3)由式(3)和式(4)可以得到： (4)由式(5)可 得： (5)通过式(6)可以看出， 小车加速度是钢丝绳 绳长l与负载摆角 θ 的泛函数； 其中： 在式(3) ‑式(6)中， M 为小车质量， 单位为kg； 为小车速度， 单位为m/s； m为负载质 量， 单位为kg； 为钢丝绳提升速度， 单位为m/s； θ为钢 丝绳在重物起吊过程中的摆角， 单位 为rad； 为摆角速度， 单位 为rad/s； 为小车加速度， 单位 为m/s2； x为小车位移， 单位 为m。 6.根据权利要求5所述的控制方法， 其特征在于： 所述的步骤Step202所述的具有防摆 功能的小车运行速度模型的建立过程包括 (1)设起重吊装设备摆动系统控制器可适应伴随升降、 适应初始摆角、 在加速段完成后 角速度和角度同时归零、 在小车运行 前重物的角速度为 零， 可得约束条件为： (2)应用最优 控制方法， 摆角模型选用：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113896111 B 3