專利名稱：起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運(yùn)行機(jī)械的定位自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
因生產(chǎn)工藝需要，各種工業(yè)用起重機(jī)常要求具有精確自動定位控制功能。目前起重機(jī)的精確自動定位控制一般采用伺服控制的方案。如圖1所示，伺服控制系統(tǒng)需要由主令控制器11，伺服控制器12，放大驅(qū)動器13，伺服電機(jī)14，執(zhí)行機(jī)構(gòu)15，位置傳感器16，等組成。在伺服控制系統(tǒng)中，每個時刻都要產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)位置。在機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程中，伺服控制器每時每刻根據(jù)目標(biāo)位置和實(shí)際位置的測量反饋進(jìn)行調(diào)整控制。 為保證機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中每時每刻都在指定的目標(biāo)位置上，伺服控制系統(tǒng)中實(shí)際位置的測量反饋及對伺服電機(jī)的控制一般需要高達(dá)500 Hz以上的控制更新頻率。各種精密機(jī)床的運(yùn)動控制是典型的伺服控制的應(yīng)用例子。然而，在定位控制的許多實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，如軌道機(jī)車，多層電梯，起重機(jī)等，我們只要求機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行后的停止位置上實(shí)現(xiàn)精確自動定位，而在運(yùn)行過程中，除了運(yùn)行速度的平滑穩(wěn)定，對機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)的動態(tài)位置精度沒有太高的要求。在這些應(yīng)用中，許多控制系統(tǒng)的位置測量反饋和控制更新頻率比伺服系統(tǒng)的控制更新頻率要低得多。例如， 用可編程控制器(PLC)作為反饋控制時，可編程控制器的控制更新頻率一般在50 Hz以下， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于伺服系統(tǒng)的控制更新頻率。由于伺服控制系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在許多自動定位控制應(yīng)用中，特別是起重機(jī)的精確自動定位，希望有更經(jīng)濟(jì)合理的精確定位控制系統(tǒng)替代伺服控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)和控制方法，以解決現(xiàn)有起重機(jī)的定位控制中伺服控制系統(tǒng)復(fù)雜，對控制器及電機(jī)精密度要求高的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)，包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號。本發(fā)明的起重機(jī)精確自動定位控制方法，利用可編程控制器作為起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋控制器，根據(jù)系統(tǒng)更新周期、目標(biāo)停止位置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置信息，計(jì)算得到當(dāng)前減速度和該周期的目標(biāo)控制速度，并在下一周期重新計(jì)算減速度和目標(biāo)控制速度，直到控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。進(jìn)一步的，所述控制方法的具體步驟如下
(1)主令控制器向可編程控制器發(fā)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)停止位置信息；
(2)可編程控制器接收主令控制器發(fā)送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)停止位置信息和位置傳感器反饋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行位置；(3)可編程控制器根據(jù)目標(biāo)位置和實(shí)際運(yùn)行位置計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)離目標(biāo)停止位置的距離，并計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速度；
(4)可編程控制器根據(jù)更新周期和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的減速度得到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)控制速度； 并將該目標(biāo)控制速度傳給變頻器；
(5 )變頻器和電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。進(jìn)一步的，所述步驟(3)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速度A的計(jì)算公式為A=KV2/D，其中V為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的當(dāng)前運(yùn)行速度，D為執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置離目標(biāo)位置的距離，K為調(diào)整系數(shù)。進(jìn)一步的，所述調(diào)整系數(shù)K的范圍為0.5 Γ<1.5。進(jìn)一步的，所述步驟(4)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)目標(biāo)控制速度Vn的計(jì)算公式為=Vn=Vlri-A ·τ， 其中Vlri為可編程控制器在上一次控制更新時計(jì)算得到的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)速度，T為可編程控制器的控制更新周期。本發(fā)明的起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)和控制方法，用可編程控制器作為反饋控制時，不需要生成執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中動態(tài)的目標(biāo)位置，可編程控制器根據(jù)目標(biāo)停止位置和反饋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置信息，直接計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時目標(biāo)速度，并通過變頻器和電機(jī)的驅(qū)動，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。系統(tǒng)中所用電機(jī)為普通電機(jī)，且系統(tǒng)對可編程控制器的更新頻率要求不高，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格也更經(jīng)濟(jì)合理。


圖1是現(xiàn)有的伺服控制系統(tǒng)原理圖2是本發(fā)明精確自動定位控制系統(tǒng)實(shí)施例原理圖； 圖3是運(yùn)行機(jī)構(gòu)目標(biāo)速度隨時間變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式一、起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)
如圖2所示，本起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號。二、起重機(jī)精確自動定位控制方法
本起重機(jī)精確自動定位控制方法，利用可編程控制器作為起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋控制器，根據(jù)系統(tǒng)更新周期、目標(biāo)停止位置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置信息，計(jì)算得到當(dāng)前減速度和該周期的目標(biāo)控制速度，并在下一周期重新計(jì)算減速度和目標(biāo)控制速度，直到控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。具體的控制方法具體步驟如下
(1)主令控制器向可編程控制器發(fā)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)停止位置信息；
(2)可編程控制器接收主令控制器發(fā)送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)停止位置信息和位置傳感器反饋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行位置；
(3)可編程控制器根據(jù)目標(biāo)位置和實(shí)際運(yùn)行位置計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)離目標(biāo)停止位置的距離，并計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速度；
(4)可編程控制器根據(jù)其控制更新周期和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的減速度得到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)速度；并將該目標(biāo)速度傳給變頻器；
(5 )變頻器和電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。上述方法中可編程控制器根據(jù)到達(dá)停止目標(biāo)位置的距離和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的當(dāng)前速度， 計(jì)算出運(yùn)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前所需的減速度。在計(jì)算減速度時，選用合適的計(jì)算方案，使運(yùn)行機(jī)構(gòu)在接近停止目標(biāo)位置時的減速度和速度一起隨著時間的推移而變得越來越小，以此確保自動定位的精度。下面的公式給出了一種計(jì)算減速度的方案A=KV2/D，其中A為減速度，V為當(dāng)前速度，D為離停止目標(biāo)位置的距離，K為調(diào)整系數(shù)。當(dāng)前速度V可從實(shí)際位置反饋中計(jì)算得到， 也可根據(jù)控制器輸出的控制目標(biāo)速度進(jìn)行估算。調(diào)整系數(shù)K的取值應(yīng)在0. 5到1. 5之間。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)在接近停止目標(biāo)位置時的減速度可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，通過調(diào)整系數(shù)K的取值進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整系數(shù)K的取值越大，運(yùn)行機(jī)構(gòu)在接近停止目標(biāo)位置時的減速度和速度就越小，自動定位的精度就越高。在這種情況下，運(yùn)行停止的時間會變得越長。根據(jù)運(yùn)行機(jī)構(gòu)所需的減速度和控制器的控制更新周期計(jì)算出運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)控制速度。控制器更新運(yùn)行機(jī)構(gòu)目標(biāo)控制速度的具體計(jì)算公式為vn = Vlri-A ·Τ，其中Vn為當(dāng)前運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)速度，Vn^1為控制器在上一次控制更新時計(jì)算得到的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)速度，T為控制器的控制更新周期。圖3給出了運(yùn)行機(jī)構(gòu)目標(biāo)速度隨時間變化的示意圖。本控制方法使運(yùn)行機(jī)構(gòu)從當(dāng)前位置到達(dá)最終停止位置，中間要經(jīng)過N個周期，這個N值是不定的，與運(yùn)行機(jī)構(gòu)的速度和離最終停止位置的距離有關(guān)。在精確定位控制過程中，要一直到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的速度非常小，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置(即由位置傳感器反饋得到)同目標(biāo)停止位置的誤差很小(即小于閾值)時，控制過程才結(jié)束，也就使執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限定本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)，其特征在于包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號。
2.一種起重機(jī)精確自動定位控制方法，其特征在于，利用可編程控制器作為起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋控制器，根據(jù)系統(tǒng)更新周期、目標(biāo)停止位置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置信息，計(jì)算得到當(dāng)前減速度和該周期的目標(biāo)控制速度，并在下一周期重新計(jì)算減速度和目標(biāo)控制速度，直到控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的起重機(jī)精確自動定位控制方法，其特征在于，控制方法的具體步驟如下(1)主令控制器向可編程控制器發(fā)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)停止位置信息；(2)可編程控制器接收主令控制器發(fā)送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)停止位置信息和位置傳感器反饋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行位置；(3)可編程控制器根據(jù)目標(biāo)位置和實(shí)際運(yùn)行位置計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)離目標(biāo)停止位置的距離，并計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速度；(4)可編程控制器根據(jù)更新周期和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的減速度得到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)控制速度； 并將該目標(biāo)控制速度傳給變頻器；(5 )變頻器和電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的起重機(jī)精確自動定位控制方法，其特征在于，所述步驟(3) 中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速度A的計(jì)算公式為A=KV2/D，其中V為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的當(dāng)前運(yùn)行速度，D為執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置離目標(biāo)位置的距離，K為調(diào)整系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的起重機(jī)精確自動定位控制方法，其特征在于所述調(diào)整系數(shù) K的范圍為0.5SifSl.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的起重機(jī)精確自動定位控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)目標(biāo)控制速度Vn的計(jì)算公式為=Vn=Vlri-A · T，其中Vlri為可編程控制器在上一次控制更新時計(jì)算得到的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)速度，T為可編程控制器的控制更新周期。
全文摘要
本發(fā)明涉及起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)及方法，起重機(jī)精確自動定位控制系統(tǒng)包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號；本發(fā)明用可編程控制器作為反饋控制時，不需要生成執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中動態(tài)的目標(biāo)位置，可編程控制器根據(jù)目標(biāo)停止位置和反饋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置信息，直接計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時目標(biāo)速度，并通過變頻器和電機(jī)的驅(qū)動，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確地到達(dá)指定的目標(biāo)停止位置。系統(tǒng)中所用電機(jī)為普通電機(jī)，且系統(tǒng)對可編程控制器的更新頻率要求不高，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格也更經(jīng)濟(jì)合理。
文檔編號B66C13/22GK102502411SQ20111035708
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者常玉軍, 王賀, 龔志明 申請人:河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司