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起重機電子防擺技術發展

       隨著工業機械的不斷發展,起重機(橋式起重機、門式起重機、雙梁式起重機、單梁式起重機)廣泛應用于港口碼頭、廠房、車間、倉庫等工業場所,要求安全可靠、快速、精確定位以及運行平穩。然而在起重機工作過程中由于大、小車的加減速和負載的提升動作以及風力、摩擦引起的擾動等會引起負載的來回擺動,這不僅嚴重影響作業效率,而且增加了起重機發生事故的可能性。為此,起重機的防擺控制越來越受到廣泛關注。
起重機的防擺技術主要分為兩類:

 
      1.機械式防擺。機械式防擺主要是通過機械手段消耗擺動的能量來達到最終消除搖擺的目的,然而大多數機械防搖裝置因外圍設備太多,結構復雜,可靠性差,維修保養工作量大且價格昂貴,因而實際應用存在諸多問題。
      2.電子式防擺。電子式防擺是通過各種傳感器和檢測元件將檢測到的擺角、角速度等信息,從而控制小車的運行方向和速度,將該擺動角度限制到最小,達到防擺的目的。電子防擺作為一種新興的防搖措施,將減擺和小車運行結合起來,通過控制相應的輸入力來達到降低搖擺的效果。這就可以實現自動控制,從而使減搖脫離了司機的操作經驗,同時發展下去也可以實現無人化操作。因此,電子防搖技術得到了越來越廣泛的重視。電子式防擺按控制方式的不同,可以分為開環控制和閉環控制。


      鑒于起重機自動控制問題的重要性,國內外研究人員都對起重機的準停和防擺問題做了一定的研究工作,并取得了一定的成果。


      由于經典控制理論體系的完善和成熟,所求解的控制器簡單實用,在實際工業控制中大量應用。同樣,在防搖問題上,許多學者采用經典控制方法的研究?;陂_環控制系統方法的防擺起重機在工業實踐中通常不用測量有效載荷的搖擺角度。例如Hetronic公司的ASLC(AntiSwingLoadControl)系統,它主要應用來在工業橋式和門式起重機中,該控制系統不需要反饋載荷擺動狀況,根據操作人員的控制信號以及繩長的變化來實現載荷擺動減小。SmartCrane公司的SmartCrane開環控制防搖的系統,主要依賴于控制起重機的加速度來減小擺動。Konecranes公司開發的DynAPilot負載搖擺控制系統,主要通過負載的高度信息和操作指令來計算最優的加速路徑實現減小擺動的目的。開環控制系統不能檢測誤差,也不能校正誤差,而且對系統參數的變動很敏感。韓國學者Hoon Lee采用經典控制理論,用傳統的根軌跡、頻域法分析防搖問題,同時也適當的采取了現代的智能控制,將兩種方法結合起來,設計了防擺、定位控制器,并進行了仿真實驗,取得了較好的結果[1]。美國學者Hanafy設計了基于增益調度控制思想的全狀態反饋控制器,采用PID控制分別設計定位和防搖的控制器,通過仿真實驗說明了該方法可以有效的迅速消除擺動。


     傳統控制系統的設計與分析是建立在已知系統精確數學模型的基礎上,而實際系統由于存在復雜性、非線性、時變性、不確定性和不完全性等,一般無法獲得精確的數學模型;研究這類系統時,必須提出并遵循一些比較苛刻的假設,而這些假設在應用中往往與實際不相吻合;對于某些復雜的和包含不確定性的對象,由于無法解決建模問題,所以根本不能以傳統數學模型來表示;為了提高性能,傳統控制理論可能變得非常復雜,從而增加了控制設備初始投資和維修費用,降低了系統的可靠性。因此不依賴數學模型且能適應不確定性的智能控制方法如模糊控制可以被應用到此類控制中,當前模糊控制在起重機防擺的試驗或仿真方面取得了不少成果。
     

       鑒于起重機(橋式起重機、門式起重機、雙梁式起重機、單梁式起重機)系統模型存在著許多未知干擾,很難用精確數學模型來反映起重機的實際動態過程。開發不依賴于系統模型的神經網絡模糊控制器,使系統有較強的魯棒性能夠適應不同的工況。還可以方便的加入一些經驗和專家知識的數據,適應系統參數變化,提高控制效果。

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