升降车精准定位在线轨迹规划方法设计和应用
从化升降车出租价格, 从化升降车出租, 从化升降车租赁 对于高空作业升降车,由于存在以上所分析的特性,很难实时跟踪这种三段式,并且在运行过程中经常出现打滑等现象,难以满足准确定位的要求.考虑到有效消摆与准确定位两方面的要求,并综合分析升降车异步电机的实际特性,提出一种可以精确定位的在线轨迹规划方法,其主要思路如下:首先,为了有效处理打滑现象以实现精准定位,通过激光传感器获取的当前位置信息,并利用该位置信息在线调整所规划出的轨迹的参数,最终使较好地达到目标位置:其次,由于电机低速段特性不稳定,且电机制动后需继续向前运行一段距离,若采用传统的三段式轨迹,即使在减速段检测到即将到达目标位置时实施制动,也很难保证它刚好停止在目标位置.
针对以上问题,采用一种分级制动策略,即先将减速到较低的速度,稳定运行一段时间后再进行制动,并根据表1所建立的“速度–制动距离”关系提前规划出制动距离的补偿量,使系统实现精准定位.对于这种分级制动策略,需要根据定位精度与运送效率等方面的要求,并分析系统的实际特性来综合优化的制动速度.实验测试表明,当制动速度设定较快时,虽然运送效率较高,但定位结果的不确定性增大,定位误差也随之上升,无法满足精准定位的要求.而制动速度设定过低,除了降低运送效率之外,同时由于电机低速段特性较差,系统会发生震颤,加剧负载摆动,影响其安全性能.因此,在进行大量实验的基础上,确定低速段的速度vmin,以及与之相对应的制动距离.另一方面,为了实现负载快速消摆的目标,作者将通过相平面分析来选择轨迹中的有关参数,使负载的摆角始终保持在一个很小的范围.综上所述,基于所提出的分级制动方案,规划的五段式轨迹.
(4)其速度随时间的变化曲线 .接下来,将采用相平面分析方法来确定轨迹中的各个参数,以实现防摆的目标.具体而言,对于以上所构造的五段式轨迹,对于第1,第3和第5阶段,将根据系统特性离线计算其相应的运行时间t1,t3和t5;而对于第2阶段和第4阶段,则根据激光数据来判断何时切换进入下阶段,即决定图3中的切换点P点和Q点的时刻,这样通过激光测量数据来在线调整这两个阶段的运行时间,以实现精准定位的要求. 负载初始处于静止状态,系统状态停留于原点O,即θ(t0)=0,˙θ(t0)ω=0,
(5)随后按照五段式轨迹开始运行.第1阶段为加速阶段,以加速度a0加速运行.根据相平面分析可知,为了使系统在加速阶段之后负载摆角仍为0,需要使其沿圆O1以角速度ω顺时针旋转一周回到原点O,因此加速段的运行时间应选择为t1=2πω.
(6)考虑运送效率方面的要求,经过这个加速段之后,系统应达到其允许的最大速度vmax,据此,可调整变频器参数,使系统的加速度为a0=vmaxt1,
(7)在这个阶段,运行的距离可计算如下:s1=12a0t12.
(8)第2阶段为快速匀速段,以最大速度vmax运动.在图相平面上,此阶段系统做匀速运动,其加速度为零,根据相平面分析可知,系统状态停留在原点O,此过程负载无摆动.对于本阶段,将根据激光传感器实时测量的位置来判断何时切换进入第3阶段,具体方法将在随后描述.第3阶段为减速段,从最大速度vmax开始,以加速度−a0做减速运行,直到速度降低为设定的低速vmin,vmin的取值根据电机的具体特性选择决定.基于以上分析,可知本阶段的运行时间t3为t3=vmax−vmina0.
(9)在的相平面上,本阶段系统状态从原点开始,沿圆O2顺时针旋转大半个圆周至点A,此过程运行距离可计算如下:s3=vmint3+12a0t32.
(10)第4阶段为低速匀速段,以速度vmin运行时间t4,此时系统状态在相平面上以原点O为圆心,以5R=√[θ(t0)+ag]2+[˙θ(t0)ω]2为半径旋转.为了使系统无残余摆动,在第5阶段结束之后,其状态应回到原点.另一方面,由于第3阶段和第5阶段均以−a0做减速运动,因此这两个阶段在相平面上可以构成一个完整的圆周.基于以上分析可知,在第4阶段系统状态也应该旋转整周,即从点A出发旋转一周回到点A.根据以上分析,理想条件下,应选择t4=t1,对应的运动距离则为s4=vmint1.这样,系统状态可完整旋转一周回到A点,此时进入第5阶段即为第3阶段的延长线,系统最终回到原点,无残余摆动.然而,由于异步电机低速段性能较差,实际运行效果表明这种方法难以保证的定位精度.因此,为了提高定位精度,在本阶段引入激光传感器数据,根据它实时计算当前位置与目标位置的距离,一旦该距离达到或小于根据电机特性设定的制动距离s5,则将系统切换进入第5阶段,使其开始进行制动,以保证定位精度.在实际工作条件下,由于各类不确定因素的影响,采用以上切换机制时,本阶段运行时间t4和第1阶段的时间t1不完全一致,此时在相平面上,系统状态将旋转到点A附近. 第5阶段为制动段,在本阶段,由于变频器的控制作用,以加速度−a0减速运行直至停止,系统状态由点A附近沿圆O2顺时针旋转至原点O附近,系统摆角趋近于0,实现了快速消摆. 如前所述,第2阶段快速匀速段的运行时间t2需要通过激光数据在线调整,并决定何时切换进入第3阶段,具体方法如下:首先,定义理论减速距离s为第3,4,5三个阶段的运行距离之和:s=s3+s4+s5, 减速段距离s3由式(10)给出,而制动距离s5可以利用vmin,通过表1计算得到.对于第4阶段的运行距离s4,选择其理想状态下的取值,即s4=vmint1来进行计算.在匀速段,根据激光数据来实时计算当前位置与目标位置的距离,一旦这个距离达到或小于理论减速距离s时,即将系统切换至第3个阶段.
实验平台,标准25m升降车.以大车电机为例,变频器设定为通过接收脉冲频率控制电机转速,考虑减速比,电机转速1500r/min对应速度1m/s.脉冲信号由控制板通过光耦电路输出到变频器脉冲序列接收端子. 在每一个控制周期内均对传感器信息进行更新,同时根据上位机命令或传感器信息确定系统运行状态,若满足安全运行条件且上位机命令以轨迹规划方式运行时,使用所设计算法实现的定位及消摆.
吊钩位置由激光测距仪及相关尺寸确定. 大车与小车激光测距仪均安装于大车车架上,通过安装反光板得到更精确的位置信息,大车激光测距仪对应的反光板安装于厂房侧壁,小车激光测距仪对应的反光板则安装于小车一侧,保证在运行过程中激光测距仪信号始终位于反光板上.以大车运行导轨与墙壁的交点为原点建立坐标系,通过测量相关尺寸及激光测距仪数据可确定吊钩在此坐标系内的坐标,完成对吊钩当前位置以及目标位置的测量. 吊绳长度l由安装于起升电机上的绝对编码器数据测量,由此可以计算得到负载摆动频率,并进一步得到加速段的时间t1=2π√l/g.经现场测试,当vmin为0.1m/s时,定位效果最佳,高于此速度定位误差不确定性增大,低于此速度出现震颤,此时制动距离s5=0.02m.实验过程中绳长l=4m,负载质量2t,运行距离d=8m,vmax=1m/s,a0=0.25m/s2.
此外,由于打滑与滞后等因素的影响,高速匀速段运行时间需根据实际运行状态在线调整,激光测距仪测量与目标位置距离2.4m时开始减速.低速匀速段运行时间t4理论值等于4s,当与目标位置距离为0.02m时进入制动阶段,据此获得的运行时间与4s稍有不同,此时不能完全保证停止时摆角刚好为0,但其摆角在很小的范围内.经过实验测试结果表明:提出的轨迹规划算法可使定位误差小于5mm,且负载的摆角小于1◦,具有良好的性能.为了进一步评估所提出的轨迹规划方法的性能, 对其进行了对比性测试,将这种方法分别与高空作业上普遍采用的PID控制算法,以及通常的轨迹规划方法进行了对比性实验,并对实验结果进行了分析.首先选择常用的PID控制算法来进行对比性实验.为了保证相同的测试条件,选择运送距离为4m,且要求定位精度达到5mm.为此,对PID控制算法的参数进行了充分调整,使其能满足定位精度方面的要求. 两种方法均在16s左右使到达目标位置,因此在满足定位精度的前提下,两种方法的运行时间相当. 给出了两种方法的负载摆角曲线, 提出的在线轨迹规划方法的摆角远小于PID控制方法. 在保证同样的定位精度时,方法与PID方法运送时间相当,但其消摆能力明显好于PID方法. 进一步,作者将提出的在线轨迹规划方法与通常采用的三段式离线规划方法进行了对比.作者选择运送距离分别为6m和8m两种情况开展对比性实验研究,每种情况均进行3次实验,得到的定位效果. 对于所提出的轨迹规划方法,其定位误差e1均在5mm之内,而离线规划方法由于难以处理打滑等问题,致使其定位误差较大,无法满足精准定位的要求.完成系统测试之后,将所设计的在线轨迹规划方法在生产的25m升降车上进行了长时间运行,结果表明其运行平稳,运送效率高,负载摆角小,具有很好的实际应用前景. 在考虑高空作业升降车变频异步电机特性的基础上,提出了一种在线轨迹规划方法,较好地实现了准确定位控制与负载消摆两方面的要求.具体而言,考虑到异步变频电机低速段特性相对较差的特点,这种轨迹规划方法采用分级制动策略来提高定位精度.同时,利用激光传感器数据在线调整轨迹中的参数,以实现对的精确定位控制.另一方面,为了实现消摆的要求,通过相平面分析来优化分段式轨迹中的相关参数,确保运行过程中负载的摆角始终保持在较小的范围.文中将这种方法应用于25m级高空作业升降车,并通过实验结果很好地验证了这种在线轨迹规划方法的优良性能.后续研究将在已有工作的基础上,大量测试升降车系统的运行特性,尽量减少低速匀速段的耗时,以进一步提高运送效率.
从化升降车出租价格, 从化升降车出租, 从化升降车租赁
