升降车轨迹规划是常用的抑制负载摆动的开环控制方法
肇庆升降车出租, 肇庆升降车, 肇庆升降车出租公司 升降车是一种重要的运输工具,它广泛应用于港口、生产等工作场合,其运送效率作为一项核心指标受到许多研究人员的关注,而负载消摆及台车定位性能在很大程度上决定了升降车的运送效率.在很多生产中,对升降车定位精度提出了较高的要求,如核燃料运送升降车甚至要求达到毫米级的定位精度.为了实现准确定位的目标,需要采用相应的测量传感单元来获取台车的准确位置.由于成本等方面的原因,编码器累加定位是现在升降车上最常见的定位方法, S7−300系列可编程逻辑控制器集成了专用于编码器累加的模块,应用非常方便,然而当出现打滑等现象时,这种方法会导致较大的定位误差. 采用条码定位系统,即在运行轨道上安装条码,通过激光探头解析条码来实现绝对认址,并将其应用于罩式退 升降车的追踪定位. 对升降车的运行特性进行了优化,并将其与位置比例–积分–微分控制器相结合,实现了核废料库升降车的定位.除此之外,部分升降车采用齿轮齿条实现定位,即铺设与轨道平行的齿条,根据齿轮走过的齿数测量距离来确定台车的位移. 通过在吊钩上方安装摄像头,采集图像并通过定向编码匹配方法获得吊钩的实际位置,在此基础上,可以进而实现对吊钩的直接定位.值得指出的是,尽管以上方法较好地实现了台车的准确定位,但它们均未能考虑运送过程中的消摆问题,而负载的摆动不仅会降低运送效率,还会导致安全隐患,因此,负载防摆成为评价升降车性能的一项重要指标,并在近年来得到了广泛关注.
对于防摆问题,首先需要对升降车的动态特性进行深入分析,在此基础上,设计相应的控制算法来消除负载的摆动.现有的消摆控制策略可以分为反馈控制及开环控制两类,其中,反馈控制需要借助于多类传感器来实时测量系统状态,导致整套升降车设备的成本较高,因此在实际工程中,通常选择简便易行的开环控制方式.输入整形是一种典型的开环控制方法,广泛应用于升降车的控制. 首次提出Extra-Insensitive(EI)输入整形器, 进行了进一步扩展.此后,很多专家将输入整形方法应用于升降车平台及机械臂模型,均取得了良好的效果.对于升降车而言,轨迹规划是一类常用的抑制负载摆动的开环控制方法,近年来得到了广泛关注.方勇纯等人提出了一种自适应轨迹规划方法,对于所构造的轨迹,他们通过设计一种自适应控制器使台车沿着规划好的轨迹运动.考虑到工作场景中存在的各种障碍物, 提出了一种轨迹规划的控制方法,这种方法可以使台车避开场景中的障碍物.对于升降车系统, 采用最优控制方法规划出一小的运行轨迹. 对升降车的动态模型进行了简化,在此基础上设计的控制器可以通过水平运动抑制臂式升降车负载的摆动.
近几年来, 在升降车轨迹规划方面进行了深入研究,他们分别采用几何分析、迭代学习等方法来规划升降车的轨迹.对于使用伺服电机的实验室小型升降车测试平台,上述方法可以取得较好的控制效果.然而,实际升降车通常使用异步变频电机,尽管近年来对其控制性能进行了持续优化,依然难以达到伺服电机的控制精度,从而致使台车无法精确跟踪规划好的轨迹,并最终导致台车的定位精度较低.针对升降车的轨迹规划问题,本文基于相平面分析方法,并充分考虑实际异步变频电机的特性,提出了一种可实现台车精准定位,并有效抑制负载摆动的在线轨迹规划算法.具体而言,针对升降车无法实时跟踪给定轨迹、低速段特性差、打滑等问题,对基于相平面分析的轨迹规划方法进行了改进,将减速段细分为两级,并根据激光测距仪数据对台车轨迹的参数进行在线更新,最终较好地实现了台车精准定位与负载消摆两方面的要求.论文将所设计的在线轨迹规划方法应用于标准24m升降车,测试结果表明其定位误差小于5mm,负载摆角始终位于1◦之内,具有很好的实际应用前景.
升降车运行特性分析, 对于实验室小型升降车测试平台而言,由于采用的伺服电机控制精度较高,且能实时跟踪期望轨迹,因此通过离线规划的三段式轨迹可以取得良好的控制效果[20],但将这种离线三段式轨迹应用于升降车时,由于异步电机特性相对较差,系统出现较大的定位误差,难以达到预期的控制性能,故此需测试异步电机的特性并提出针对性算法以提高定位精度.具体而言,针对现场的升降车,为了提高其控制性能,需要根据其实际特性来重新规划台车的运行轨迹.为此,作者对升降车的特性进行了大量测试与分析,结果表明,升降车在运行过程中有以下特性: 1)系统响应速度较慢,存在明显的滞后效应; 2)制动后向前滑行的距离难以有效控制; 3)异步电机低速段特性较差; 4)在运行过程中有较明显的打滑现象.具体而言,升降车采用的异步电机惯性较大,其响应曲线明显滞后于给定的控制命令.以本文研究的24m升降车为例,其采用的西门子9kW异步变频电机的响应曲线,其中实线为期望跟踪的轨迹,虚线为电机的实际转速,可以看出在加速过程中期望值与电机实际转速之间存在较为明显的滞后.进一步的定量测试表明两者存在100ms∼200ms的延时,此延时随着负载质量的增加逐渐增大.由于拐点的存在,导致两条曲线并不完全平行,在这种情况下,即使在规划期望轨迹时考虑这种滞后效应,提前进行补偿也无法保证两条曲线完全重合,因此需要通过反馈方式在线调整轨迹的相关参数,以降低台车的定位误差.由于存在滞后效应,根据实际运送目标规划的期望轨迹无法保证台车到达并刚好停止在目标位置.针对这个问题,在规划轨迹时需要在减速过程中提前从某个特定速度开始进行制动,为此需要建立制动前运动速度与滑行距离之间的关系.由于升降车的导轨光滑性较差,难以通过理论分析建立两者之间的解析模型,故此通过将实验数据表格与插值相结合的方式来建立两者之间的关联. 对于本文研究的24m级升降车, 为通过典型实验数据建立的“速度vb–制动距离db”表格,当台车的速度不在该表格之内时,其滑行距离可以通过插值方式获得. 需要指出的是,由于制动通常从低速段开始,因此仅仅记录了低速段的数据.当台车速度过低,例如本文研究的升降车低于0.08m/s时,系统会发生震颤,致使货物剧烈摆动,严重降低升降车运行的安全性,因此在规划台车轨迹时应使系统避开该速度区间.
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