防摇摆控制

起始状态： 小车速度 vc=V 小车
vc=V/2
vc=V/2
载荷 起始状态： 载荷速度 vm=V vm=V 最大摆角时 vm=V/2 v2=0 v2=0
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防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
还有其他各种控制小车速度的方法来防摇，例如：
小车： vc=0 加速 vc=V 匀速 vc=V 减速 vc=0 停止 vc=0 加速 vc=V 匀速
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打过一次交道 便是永远朋友
起重机防摇摆及
防摇摆自动定位控制系统
河南卫华重型机械股份有限公司 龚志明
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每台起重机都有载荷摇摆问题！
集装箱起重机的防摇定位
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每台起重机都有载荷摇摆问题！
车间的各种行车的防摇定位
河南卫华 龚志明
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起重机防摇摆控制：一点发展历史
视频3分钟
防摇摆自动定位电气控制系统
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精确防摇摆，精确自动定位
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 双钩，全变频 手动操作防摇摆 自动定位防摇摆
通信总线
主升 变频器 主升 编码器
副升 变频器 副升 编码器
小车 变频器 小车 编码器
大车 变频器 大车 编码器
主升电机
副升电机
摇摆即振动，减摇即减振。机器的减振问题是个 已经研究了几十年，甚至几百年的大课题。
最早的起重机防摇摆控制系统: 90年代, 美国麻省理工学院为 美国能源部国家实验室核反应 堆实验装置的遥控核起重机研 制安装了防摇摆控制系统。
起重机防摇摆控制：一点发展历史
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开发防摇摆技术的公司主要有：
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新的防摇控制方案，变频车安装防摇摆控制系统 需要增加的主要电气元件 标准防摇摆，减摇90%以上
PLC
通信总线
PLC控制器和通信总线应该是必不可少的器件了 可选用有更好性价比的器件（长远任务）
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防摇摆控制系统 功能模块（控制程序）
1. 防摇摆控制系统标准配置基本功能模块 2. 手动标准防摇摆控制功能模块
控制器 动力驱动 大车小车 运行速度 载荷运动 摇摆角
摇摆角测量
开环控制：只需控制大小车的运行速度，简单有效，市 场推广有潜力。
控制器 动力驱动 大车小车 运行速度 载荷运动 摇摆角
起重机防摇摆控制系统示意图（开环控制）
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编码器 PLC 变 频 器 小车 大车
电气电路
操作设备 载荷
小车电机
大车电机
防摇摆自动定位电气控制系统
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精确防摇摆，精确自动定位
PLC
常规操作 电控电路
通信总线
主升 变频器 副升 变频器 小车 变频器 大车 变频器
主升 编码器
副升 编码器
小车 编码器
大车 编码器
主升电机
副升电机
小车电机
大车电机
可选用不同品牌的变频器： 施耐德，西门子，ABB，三菱，SEW 安川，台达，汇川，等
使需要起重机设备的各种生产工艺过程实现高度自动化成 为可能
额外好处：
减少起重机的点动操作，延长起重机的使用寿命
提高起重机安全运行速度，因而进一步提高生产效率 易于掌握和操作，减少对操作员工的培训时间，减少操 作员工的工作劳动强度
起重机防摇摆控制：基本方案分二两类
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闭环控制：测量载荷摇摆角度，反馈控制，复杂，很贵， 市场推广困难。
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POSICAST控制方法：消除阶跃响应的超调
O.J.M. Smith (U. Calif. Berkeley 终身教授) 50年代 提出POSICAST控制方法： 输入
输出
二阶线性系统响应（单频阻尼振动）
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
载荷水平 运动位置 小车水平 运动位置
1. 变频行车性能优越，节能，是发展趋势。起重机防 摇技术一定会得到推广应用。不久的将来每个人都 会说：起重机防摇，那是必须的！ 2. 新技术的推广重在宣传和引导。市场和客户还不了 解新技术带来的好处，新技术也不可能一下子完全 成熟，推广新技术是个艰巨的工作。 3. 促销建议：把“标准防摇控制”定为卫华变频桥机 的标准配置。 4. 制定促销措施，避免业务员不合理加价。
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
载荷水平 运动速度 小车水平 运动速度
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防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
小车加速 （假设加速 时间为零）
小车加速 （假设加速 时间为零）
POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用：加速过程
小车匀速运行 小车匀速运行
载荷 vm=0 vm=0 vm=V/2 vm=V/2
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vm=V
vm=V
起重机载荷摇摆特能分析：近似简单单摆
小车 vc ac
sin , cos 1 v L vm vc cos L c a a L
m c
L
载荷
θ
m a L mgsin dL c
n
g d , cos , L 2 n m 2m d
n , d n 2 2 n 1 2 ,
1
载荷摇摆幅值衰减：exp(- t/τ)
τ : 载荷摇摆幅值衰减时间常数


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起重机载荷摇摆系统分析
=？
实际起重机载荷的摇摆特性比简单单摆要复杂得多。 更好的起重机防摇摆控制方法一直在摸索研究。
PLC
通信总线
主起升 编码器
副起升 编码器
对防摇要求不高的行车：新的防摇控制方案
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标准防摇摆，减摇90%以上
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 大小车变频 手动操作防摇摆 无自动定位 通信总线
小车 变频器
大车 变频器
主起升 电机
副起升 电机
小车电机
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大车电机
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普通桥式起重机防摇摆电气控制系统
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精确防摇摆，减摇95%以上
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 大小车变频 双钩 无自动定位
通信总线
小车 变频器 主起升 编码器 副起升 编码器
大车 变频器
主起升 电机
副起升 电机
小车电机
大车电机
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变频车安装防摇摆控制系统 需要增加的主要电气元件 精确防摇摆，减摇95%以上
选择 1
2
精确防摇控制
1.基本功能模块 2.标准防摇模块 3.精确防摇模块 4.点动防摇模块
1.基本功能模块 2.标准防摇模块 3.精确防摇模块 4.点动防摇模块 5.防摇定位控制模块 6.专用应用控制程序 根据用户要求配置
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3
防摇自动定位控制
4
特殊防摇控制系统
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防摇摆控制技术推广
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河南卫华防摇摆自动定位控制系统
1. 自主研发成功防摇摆控制技术，使起重机载荷 摇摆的幅度减少95%以上（实测摇摆角小于0.2 度），达国际领先水平。
2. 自主研发成功起重机高精度精确自动定位控制 技术，控制精度达2毫米，达国际领先水平。
3. 自主研发成功防摇摆精确自动定位控制技术， 世界首创、填补在此领域中的技术空白。
起始状态： 小车速度 vc=0 小车
vc=V/2
vc=V/2
vc=V/2
vc=V
载荷 起始状态： 载荷速度 vm=0 vm=0 最大摆角时 vm=V/2 vm=V vm=V
防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用：减速过程
小车减速 （假设减速 时间为零） 小车匀速运行 小车减速 （假设减速 时间为零） vc=V/2 vc=0 小车匀速运行
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打过一次交道 便是永远朋友
谢谢！
河南卫华重型机械股份有限公司


Innocrane (芬兰，已由科尼收购）
SmartCrane (美国USA, 港机)


CePlus (德国，已由西门子接收)
ABB Seoho (韩国) 卫华（中国）
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安装防摇摆控制系统的好处
主要好处： 可大幅度地提高起重机使用的生产效率，提高起重机使用 的安全性，降低货物损坏及人员受伤害的风险
3. 手动精确防摇摆控制功能模块
4. 点动防摇摆控制功能模块 5. 半自动防摇摆自动定位控制功能模块（根据要求开发） 6. 全自动防摇摆自动定位控制功能模块（根据要求开发） 7. 特殊控制功能模块，如同步控制等（根据要求开发）
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防摇摆控制系统配置选择汇总
名称 标准防摇控制 控制软件模块 1.基本功能模块 2.标准防摇模块 主要硬件 1.大小车变频 2.PLC及通信总线 1.大小车变频 2.PLC及通信总线 3.起升编码器 1.大小车变频 2.PLC及通信总线 3.起升编码器 4.大小车编码器 5.起升变频 根据用户要求配置 根据用 户要求 开发专 用应用 控制程 序 备注
dL m g m a m L c


ωd σ
α
vm am f =mg sinθ + d Lθ’ f =m am
F=mg
d g 1 ac m L L 2 2 Ka n n c
ωn
ωd : 载荷摇摆频率 ζ : 载荷摇摆阻尼比