桥式起重机智能防摆控制技术研究

徐振勇

（山东莱钢物流发展有限公司，山东 济南 271104）

现阶段的社会发展背景中，很多研究人员深入探讨桥式起重机定位和消摆方面，在控制方法、状态反馈以及位置控制等多方面来开展桥式起重机智能防摆技术，但是这些计算的方法对起重机模型的依赖性较强。这种情况下，相关研究人员设计出了一些智能防摆控制的技术控制方法，能够有效远离对系统模型的依赖性，同时能够准确处理数据，对防摆系统进行跟随控制，改善系统的性能。

1 桥式起重器吊物摆动现象的原因

桥式起重机重要的组成部分就是柔性钢丝绳，钢丝绳是起重机吊物摇摆主要原因。起重机在工作中如果加速或者减速，由于惯性的作用，吊物行走会慢于起重机，这时候吊物和钢丝绳的出绳点就会有一个角度形成，致使重力作用下吊物以钢丝绳出绳点为吊点，钢丝绳长度为半径来回摆动，如果吊物重量较大，那么摆动的范围就会相对小一些，也可以将其看做单摆现象。根据单摆周期公式可以得出结论，吊物摆动的周期和吊物的质量是没有任何关系的，其只和钢丝绳长度有关，如果钢丝绳越长，那么吊物摆动的周期就会越大。

2 桥式起重机智能防摆控制技术

2.1 机械防摆一般采取的措施

（1）加大小车处钢绳的出绳角度。这种做法操作起来较为简单，并且投入的成本少，例如在起重机吊具的四个角上，通过滑轮将钢丝绳引出来，就形成了倒八字的一个机构。然后水平移动这些吊物的时候，由于左右两边的钢丝绳都在受力，所以吊物摆动也被较好的限制起来，不仅防摆效果好，而且在很多起重机防摆技术中都有应用。

（2）交叉钢丝绳防摆。施工人员遵循小车运行的方向在小车驾上设置两组交叉悬挂的减摇钢丝绳和驱动装置，在驱动液压系统的作用下，钢丝绳会产生一定的张力，然后有效控制吊物摆动，但是这种方法在不同的起吊载荷式操作下所得到的差异也会不同。

（3）分离小车式防摇摆。一般来说，这种方式会使小车在行走的时候，两组小车通过驱动机构渐渐像两侧分离，这时候的钢丝绳就是V型，一定程度的控制载荷摆动；而当小车停止运行时，两组小车会自动靠拢，然后执行起升或者下降的指令，不过这种方式会加大小车负荷的重量，同时机构也较为复杂。

（4）跷板式防摇摆。跷板式防摇摆装置中主要包括硗板梁和安装起重机上的液压缓冲缸，在小车加速的情况下，其受到惯性力的作用，载荷会沿着小车运行的反方向摆动，这就会使跷梁板向一侧倾斜，产生的能量被液压缓冲缸吸收［3］。如果在小车运行中，载荷向着反方向摆动受到阻碍，就会自主改变方向继续摆动。在这样反复运动下，液压缸将所有的能量全部吸收，有效的控制载荷摆动，并且操作起来较为简单，获得的效果明显，不过结构较为复杂。

2.2 电气防摇摆措施

（1）我国现阶段桥式起重机中有很多不同种类的控制器、变频器等技术，有效带动了电气防摇摆控制系统的发展。电气防摇摆控制系统的原理主要是小车在加速运行中，先测量其吊钩摆动的角度，然后合理控制小车做加速或加速动作来限制吊钩的摆动，如果小车达到了某一设定的速度时，那么吊钩的摆动角度就会很小，甚至不动，成功抵消偏摆角。电气防摇摆控制技术多借助开环控制系统或者闭环控制系统完成，开环控制系统较为方便，在操作的时候不需要测量偏摆角，只要依据测量好的数据来控制起重机防摇即可。一般来说，开环控制系统能够减少大部分的摇摆度，也能有良好的稳定效果，同时保证现场的需求，降低施工人员控制的难度和成本。而闭环控制系统要麻烦许多，施工人员要增加偏摆角测量的装置，虽然控制精度较高，稳定性好，但是相对来说，其控制起来还是比较复杂的，并且成本投入高。因此，起重机智能防摆控制技术多是选用开环控制系统。如果设置的防摇辅助功能参数正确无误，那么相应的变频器就可以测量出吊钩的高度，并且借助通讯将数据传输给车上的变频器。

（2）防摇摆系统电气控制方法。一般来说，电气控制思路分为：小车运行启动或者加速的时候，研究人员要先根据小车运行加速速度来正确计算钢丝绳偏摆角度，然后借助编码器测量计算钢丝绳的长度，然后根据绳长以及偏摆角精准计算重物偏摆距离和周期，接着让小车在特定距离内进行减速运行，保证钢丝绳的中心和吊物中心位置在竖直方向处于重合状态，催动小车加速运动，速度和吊物速度相同，有效消除吊物偏摆，使吊物能够稳定运行。同时，减速停止过程中的控制和加速中控制原理相同，技术人员只要对其机构进行合理的加速和减速控制即可。

（3）电气防摇技术的现状和发展。双脉冲前馈控制是以二阶理论为基础的控制手段，在防摇控制系统找那个再加入一些先进的控制技术，通过多次尝试取得相应的结果，例如得到了模糊控制、神经网络控制等技术防范。其中，模糊控制主要是模仿起重机操作者实际操作经验来建立一个模糊控制规则库，在小车速度控制之下，减少本身具备的不确定性、不精准性、噪音等困难。现阶段，模糊技术已经深入到起重机防摇试验和仿真方面，而模糊神经网络控制器主要是一个四层的神经网络，其中第一层代表输出，第二层代表模糊化成层，第三层是会规则层，第四层是输出层。模糊神经网络控制器能够良好解决模糊控制中的难题，例如模糊规则的自动提取操作，大大提高了控制系统的适应能力。模糊神经网络控制系统因为需要大量的实验数据和真实的理论模型来支撑，研究人员只能通过长期积累的经验进行操作，所以，这项技术现在还在探索中。

3 结语

综上所述，起重机的防摇摆技术正处于快速发展时期，将带动起重设备向智能化方向发展。