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起重機(jī)電氣防搖擺控制技術(shù)介紹
發(fā)布時(shí)間：2024-11-23瀏覽次數(shù)：次
在起重機(jī)運(yùn)行過程中，由于受大小車加減速的影響，載荷會(huì)出現(xiàn)令人討厭的搖擺現(xiàn)象。這種載荷搖擺現(xiàn)象限制了起重機(jī)工作效率的提高。 載荷的搖擺也對(duì)載荷本身，周圍貨物，以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全造成了隱患。 載荷搖擺是起重機(jī)搬運(yùn)物料時(shí)出現(xiàn)的固有現(xiàn)象。 自從人類發(fā)明起重機(jī)以來，防止和消除起重機(jī)載荷的搖擺一直是人們渴望解決的重大技術(shù)難題。 現(xiàn)代電氣控制技術(shù)的進(jìn)步，特別是應(yīng)用越來越普遍的先進(jìn)的可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及變頻調(diào)速控制技術(shù)的進(jìn)步，提供了解決起重機(jī)載荷搖擺問題的一個(gè)歷史時(shí)機(jī)。
搖擺和振動(dòng)有著相同的物理特性。 防搖擺（或稱減搖）同機(jī)械系統(tǒng)的減振在理論上有著相同之處。 機(jī)械系統(tǒng)的減振是個(gè)已經(jīng)研究了上百年的重要技術(shù)課題。 50~60年代，O.J.M. Smith（美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校University of California–Berkeley的終身教授），從控制理論著手，提出了一個(gè)非常簡(jiǎn)單，非常有效的Posicast（輸入延時(shí)比例疊加）控制方法，用于消除二階線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)（參考材料【1】和【2】）。 Posicast控制方法為解決機(jī)械系統(tǒng)的減振問題提供了一個(gè)新的路徑。 美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）教授W. Seering, N.C. Singer, G. Cook 等在Posicast控制方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了輸入整形（Input Shaping）控制方法，并實(shí)際應(yīng)用于機(jī)械系統(tǒng)的減振，如：導(dǎo)彈發(fā)射架的運(yùn)動(dòng)控制，航天飛船方位移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制，柔性機(jī)械手（機(jī)器人）的運(yùn)動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)硬盤的減振和減噪音等（參考材料【3】回顧了基于Posicast的基本思想進(jìn)一步提出的各種控制理論和應(yīng)用）。
Posicast控制方法可消除因需要機(jī)械機(jī)構(gòu)快速運(yùn)動(dòng)而引起的低頻低阻尼的振蕩。 此方法應(yīng)用于針對(duì)起重機(jī)載荷的防搖擺控制極為適用。 熟練的起重機(jī)操作工人在長(zhǎng)期的實(shí)際操作中，摸索出了一套控制大小車速度，稱作“跟鉤”的操作方法來消除載荷的搖擺。 操作工進(jìn)行“跟鉤”操作時(shí)，給起重機(jī)的大小車運(yùn)行速度操作命令輸入了多個(gè)延時(shí)疊加的加速度脈沖序列。它同Posicast控制方法有著同工異曲的效用。 Posicast控制方法在理論上解釋了起重機(jī)操作工“跟鉤”操作方法的防搖擺工作原理。 有了明確有效的控制理論，依靠控制系統(tǒng)的控制精準(zhǔn)度，電氣防搖擺控制系統(tǒng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熟練的操作工所能達(dá)到的更好的防搖擺控制效果。
由于起重機(jī)類型和起升穿繩方法的多樣性和復(fù)雜性，以及載荷搖擺的非線性特性等原因，開發(fā)有效實(shí)用的起重機(jī)電氣防搖擺控制系統(tǒng)成為一個(gè)世界性的技術(shù)難題。 在近20年中，有許多起重機(jī)防搖擺控制理論研究的報(bào)道，但絕大多數(shù)還只是停留在發(fā)表學(xué)術(shù)論文的工作上。 在90年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的W. Seering, W.E Singhose, 和N.C. Singer 利用Posicast控制方法，為美國(guó)能源部Oak Ridge, Sandia，和Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室核反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)裝置的遙控核起重機(jī)，開發(fā)研制了起重機(jī)電氣防搖擺控制系統(tǒng)，并得到好評(píng)。 這是較早的起重機(jī)電氣防搖擺控制應(yīng)用實(shí)例。 1999年美國(guó)能源部發(fā)布的“創(chuàng)新技術(shù)報(bào)告” 向社會(huì)推薦使用起重機(jī)防搖擺控制技術(shù)（Swing-Reduced Crane Control，參考材料【4】）。 在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，先后開發(fā)并推廣應(yīng)用起重機(jī)電氣防搖擺（又稱電子防搖擺）控制系統(tǒng)的公司有 Innocrane (芬蘭，現(xiàn)已歸屬Konecranes），SmartCrane (美國(guó))，CePlus (德國(guó)，現(xiàn)已歸屬siemens)，ABB，SEOHO（韓國(guó)），等。 但從總體上看，電氣防搖擺控制技術(shù)還沒有得到廣泛的應(yīng)用和推廣。
經(jīng)過多年努力，河南衛(wèi)華成功地自主研發(fā)了起重機(jī)電氣防搖擺控制技術(shù)。 在Posicast控制思想的基礎(chǔ)上，河南衛(wèi)華進(jìn)一步研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的防搖擺控制方法，提出了一套新的時(shí)間較優(yōu)防搖擺控制理論（見授權(quán)發(fā)明專利【5】）。 河南衛(wèi)華開發(fā)的電氣防搖擺控制系統(tǒng)，通過控制起重機(jī)大小車在加減速過程中的速度變化，大幅度地消除載荷的搖擺達(dá)95％ 以上，具有技術(shù)先進(jìn)，實(shí)用可靠，控制效果顯著等特點(diǎn)，其防搖擺控制的技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。
電氣防搖擺控制系統(tǒng)可大幅度地減少起重機(jī)載荷的搖擺，所帶來的好處有：
消除等待載荷停止搖擺的時(shí)間，提高起重機(jī)的使用工作效率;
提高起重機(jī)操作運(yùn)行的安全性，降低對(duì)貨物及人員傷害的風(fēng)險(xiǎn);
提高安全運(yùn)行速度，進(jìn)一步提高起重機(jī)的使用工作效率;
使起重機(jī)容易操作，減少對(duì)操作員工的培訓(xùn)，減少操作員工的勞動(dòng)強(qiáng)度;
增加起重機(jī)的安全作業(yè)空間;
延長(zhǎng)起重機(jī)的使用壽命。
具有防搖擺控制功能的起重機(jī)可廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，包括：機(jī)械制造加工車間，裝配車間，垃圾處理廠，鋼廠，電廠，造船廠，建筑工地，鐵路，集裝箱碼頭，造紙業(yè)，冶金業(yè)的各種生產(chǎn)車間等。
在實(shí)現(xiàn)電氣防搖擺控制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)實(shí)現(xiàn)的電氣防搖擺自動(dòng)定位控制技術(shù)，可使起重機(jī)轉(zhuǎn)變成為一臺(tái)“起重機(jī)器人”，讓起重機(jī)像機(jī)器人一樣，把載荷按指定的線路，精確地定點(diǎn)定時(shí)運(yùn)送到任何指定位置，并且在運(yùn)送過程中以及到達(dá)指定位置后，使載荷幾乎不產(chǎn)生任何搖擺，為實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)高度自動(dòng)化克服了一項(xiàng)必要的、也是主要的技術(shù)難關(guān)。 起重機(jī)電氣防搖擺控制技術(shù)的成功開發(fā)和廣泛應(yīng)用，定能改變?nèi)藗円恢币詠韺?duì)起重機(jī)載荷搖擺問題的認(rèn)知，它將是人類在物料搬運(yùn)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步史上的一個(gè)重要里程碑。
