起重机消摆控制器的研制

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起重机系统在运输物资的工业场合大量应用。由于起重机系统要求安全性好,运输速度快,摆角摆动小,定位精度高,起重机运动控制系统成为了热点研究问题。 减小和防止载荷的摇摆是提高起重机装卸效率的一个重要环节。电子消摆是一种主动消摆方式,它将消摆和小车的运行控制结合起来考虑,不依赖于司机的操作经验,可以有效提高起重机装卸效率,减轻司机的工作强度,是实现装卸机械自动化的大势所趋。 随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展,交流变频调速技术作为高新技术、节能技术已经广泛应用于各个领域。特别是将变频技术运用到起重机上可以使得起重机的整体特性得到很大的提高,可以解决传统起重机控制系统存在的很多问题。 本文在分析比较国内外起重机消摆控制策略的基础上,分析了起重机载荷摆振的精确数学模型并进行了简化,其数学模型是线性方程,所取的性能指标是状态变量与控制变量的二次型函数,根据基于时间最优的起重机消摆控制方案,提出了一种应用于嵌入式微控制器的控制算法。这种方法是开环的,不需要角度传感器或角加速度传感器,降低了消摆控制系统的造价,提高了可靠性,但这种方法只能消除确定性扰动造成的载荷摆振,对随机干扰造成的摆振无效,设计了一种植入该算法的消摆控制器。 随着嵌入式系统的迅猛发展,这种应用系统正逐步取代传统的以PC为中心的应用,成为未来智能化系统的主力军。该控制器采用以基于高性能,低功耗,32位RISC内核的ARM7微处理器LPC2378为硬件基础。该嵌入式起重机消摆硬件控制平台以微处理器作为控制器,由变频器、键盘、摇杆、液晶显示模块等构成。除极少数涉及CP[J寄存器的部分采用汇编语言外,绝大多数程序采用标准C完成。通过RS-485总线进行通信,通信协议采用西门子的USS通信协议。 本文提出了一种测量起重机载荷摆角的方法,通过对摄像机和图像采集卡采集的载荷数字图像进行实时处理,根据起重机载荷摆动的动态特性预估载荷的位置,测量摆角。在Visual C++6.0软件开发平台上,根据起重机数学模型,开发了用于测量载荷摆角的软件。文中对检测系统中的测量系统和图像的数字处理过程步骤作了说明,并且给出了计算的结果。
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