專(zhuān)利名稱(chēng)：橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種橋 式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，橋式吊車(chē)是一種十分常見(jiàn)的裝配運(yùn)輸工具，它利用繩索將負(fù) 載與吊車(chē)上的臺(tái)車(chē)相連，并通過(guò)臺(tái)車(chē)的運(yùn)動(dòng)來(lái)將負(fù)載運(yùn)送到指定的位置，橋
式吊車(chē)在港口、倉(cāng)庫(kù)、建筑工地等場(chǎng)所得到了廣泛的應(yīng)用。
鑒于橋式吊車(chē)在運(yùn)行時(shí)，吊車(chē)上臺(tái)車(chē)的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起負(fù)載的擺動(dòng)，使得負(fù) 栽可能會(huì)和周?chē)牟僮鞴と嘶蛘呤瞧渌矬w發(fā)生碰撞，致使負(fù)載損壞，甚至 導(dǎo)致發(fā)生人員傷亡事故，尤其是當(dāng)臺(tái)車(chē)到達(dá)指定位置停止運(yùn)行后，吊車(chē)所懸 掛的負(fù)載會(huì)發(fā)生比較強(qiáng)烈的殘余擺動(dòng)，這樣不僅會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患，同 時(shí)也嚴(yán)重影響了吊車(chē)的工作效率。因此，為了有效避免安全隱患，提高吊車(chē) 的工作效率，在操作吊車(chē)時(shí)， 一方面需要實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)的快速準(zhǔn)確定位，以滿(mǎn)足
準(zhǔn)確運(yùn)送負(fù)載的要求；另一方面，需要有效地抑制負(fù)載的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)栽的"無(wú) 擺"或者"微擺"操作。特別是當(dāng)臺(tái)車(chē)到達(dá)指定位置時(shí)，負(fù)載必須很快地停止擺 動(dòng)，以期提高吊車(chē)的工作效率。
目前，為了滿(mǎn)足臺(tái)車(chē)的快速準(zhǔn)確定位和有效地抑制負(fù)載的擺動(dòng)這兩方面 的吊車(chē)操作要求， 一般是通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的工人操縱吊車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體在操作過(guò) 程中，工人需要利用他們的經(jīng)驗(yàn)并通過(guò)其眼睛的觀測(cè)來(lái)估計(jì)臺(tái)車(chē)的位置與擺 角大小，然后選擇合理的動(dòng)作序列來(lái)有效抑制負(fù)載的擺動(dòng)，并盡快將它運(yùn)送 到指定的位置，所以一個(gè)工人只有在具備多年吊車(chē)操作經(jīng)驗(yàn)，并且掌握嫻熟 的吊車(chē)操作技巧之后，才能利用吊車(chē)快速地將負(fù)載運(yùn)送到指定的位置，并有 效地抑制負(fù)載的擺動(dòng)。
一般來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)吊車(chē)系統(tǒng)的安全操作，吊車(chē)操作人員需要接受很長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)，并在操作過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以及吸取各種教訓(xùn)，因此，現(xiàn)有 的吊車(chē)系統(tǒng)對(duì)吊車(chē)操作人員的技能要求偏高， 一般的吊車(chē)操作人員無(wú)法實(shí)現(xiàn) 吊車(chē)系統(tǒng)的安全操作。此外，鑒于吊車(chē)操作者在吊車(chē)操作過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度 較大，使得吊車(chē)的工作效率偏低，吊車(chē)操作的準(zhǔn)確度有時(shí)也難以滿(mǎn)足要求。 雖然國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化領(lǐng)域的許多學(xué)者針對(duì)橋式吊車(chē)系統(tǒng)開(kāi)展了大量研究， 針對(duì)這種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了多種不同的控制方法，力圖實(shí)現(xiàn)橋式吊車(chē)的安全、 高效運(yùn)輸，但是目前還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出一種方便、可靠的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其可以真實(shí)地反映橋式吊車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，驗(yàn)證這些不同的 吊車(chē)控制方法的實(shí)際控制效果，推動(dòng)這些吊車(chē)控制方法在實(shí)際生產(chǎn)生活中的 普及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以 真實(shí)地反映橋式吊車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，并方便進(jìn)行控制器替換，能夠 對(duì)現(xiàn)有的各種不同的吊車(chē)控制方法的實(shí)際效果進(jìn)行驗(yàn)證，推動(dòng)吊車(chē)控制方法 在實(shí)際生產(chǎn)生活中的普及應(yīng)用。
為此，本發(fā)明提供了一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括有實(shí)際橋式
吊車(chē)模擬裝置、吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置以及吊車(chē)控制裝置，其中
橋式吊車(chē)模擬裝置，用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它是整個(gè)實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)的控制對(duì)象；
吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述橋式吊車(chē)模擬裝置的狀態(tài)量信息， 并發(fā)送給吊車(chē)控制裝置；
吊車(chē)控制裝置，用于接收吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置所測(cè)量的橋式吊車(chē)模擬裝置 的狀態(tài)量信息，并根據(jù)該狀態(tài)量信息，按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出相 應(yīng)的控制信號(hào)，然后將控制信號(hào)發(fā)送到橋式吊車(chē)模擬裝置，從而使得控制橋 式吊車(chē)模擬裝置的按預(yù)定要求運(yùn)行。
優(yōu)選地，所述橋式吊車(chē)模擬裝置包括有吊車(chē)模擬機(jī)械主體和驅(qū)動(dòng)裝置， 其中，所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體，用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，以進(jìn)
行吊車(chē)的各種控制方式操作；所述驅(qū)動(dòng)裝置，用于接收吊車(chē)控制裝置發(fā)出的 控制信號(hào)，為所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體進(jìn)行吊車(chē)的各種控制方式操作提供驅(qū)動(dòng) 力。
優(yōu)選地，所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體包括有支撐框架l、橋架2、第一滑軌 31、第二滑軌32、臺(tái)車(chē)4、設(shè)置在臺(tái)車(chē)4上的巻軸5、支撐腳6以及負(fù)栽7， 所述支撐框架1是由12根硬質(zhì)金屬管焊接而成的中空長(zhǎng)方體，所述支撐腳6 安裝在所述支撐框架1的底部四個(gè)角，所述支撐框架1的上部支撐框的y方 向上安裝有兩條平行的第一滑軌31,所述橋架2可滑動(dòng)地安裝在所述第一滑 軌31上，所述橋架2的義方向上安裝有兩條平行的第二滑軌32,所述臺(tái)車(chē)4 可滑動(dòng)地安裝在所述第二滑軌32上，所述臺(tái)車(chē)4上面安裝有用于升降負(fù)載7 的鋼絲繩巻軸5，所述第一滑軌31和/或第二滑軌32為吊輪滑軌，所述橋架 2和臺(tái)車(chē)4采用輕質(zhì)鋁合金材料制成。
優(yōu)選地，所述巻軸5包括有傳動(dòng)內(nèi)軸51、銷(xiāo)52、傳動(dòng)軸套53、絞盤(pán) 54、絲杠55、支撐軸承56、支撐軸承架57、鋼絲吊繩58,所述傳動(dòng)軸套53、 絞盤(pán)54和絲杠55固定連接在一起，所述鋼絲吊繩58在所述絞盤(pán)54上進(jìn)行 單層盤(pán)繞且一端懸掛有所述負(fù)載7，所述支撐軸承架57用于支撐所述支撐軸 承56,所述支撐軸承56與絲杠55螺紋咬合連接，所述銷(xiāo)52貫穿傳動(dòng)內(nèi)軸 51和傳動(dòng)軸套53上的兩側(cè)孔59,所述傳動(dòng)內(nèi)軸51與一個(gè)電才幾連4妄，所述傳 動(dòng)軸套53上的兩側(cè)孔59是兩條水平方向的長(zhǎng)孔。
優(yōu)選地，所述狀態(tài)量信息包括有臺(tái)車(chē)4在x， y方向上的位置，吊繩 58的長(zhǎng)度/,以及吊繩58的二維擺角《，《。
i 少
優(yōu)選地，所述吊車(chē)控制裝置根據(jù)吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置所檢測(cè)獲得的吊繩58 的二維擺角《,&的大小來(lái)判斷吊車(chē)負(fù)載7的擺動(dòng)狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括有三個(gè)伺服電機(jī)、三個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、兩 套傳動(dòng)裝置，所述三個(gè)伺服電機(jī)分別用于提供臺(tái)車(chē)4沿x方向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力、 臺(tái)車(chē)4與橋架2沿y方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力以及提升負(fù)載7的巻軸驅(qū)動(dòng)力，所述 三個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為與三個(gè)伺服電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)器，具有力矩控制模式，用于根據(jù)控制電壓的大小來(lái)使所配套的電機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的力矩，所述兩套傳動(dòng) 裝置包括有JC方向上的傳動(dòng)裝置和y方向上的傳動(dòng)裝置，所述JC方向上的傳動(dòng) 裝置包括兩個(gè)同步輪和一條閉環(huán)同步帶，所述y方向上的傳動(dòng)裝置包括四個(gè)
同步輪、兩根同步軸和兩條閉環(huán)同步帶，所述臺(tái)車(chē)4和橋架2固定在同步帶 上。
優(yōu)選地，所述吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置包括有安裝在三個(gè)伺服電^L上的位置 編碼器、二維擺角測(cè)量裝置和限位裝置，所述二維擺角測(cè)量裝置包括有兩個(gè) 半圓弧形擺架，內(nèi)半圓弧擺架61的外徑略小于外半圓弧擺架62的內(nèi)徑，所 述內(nèi)半圓弧擺架61和外半圓弧擺架62繞著各自的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述兩個(gè)半 圓弧形擺架的旋轉(zhuǎn)軸都位于平行與水平面的同一平面上，且相互正交，交點(diǎn) 與兩個(gè)半圓弧圓心重合，并與吊繩起擺點(diǎn)的定位孔63重合，所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 的一端分別安裝有兩個(gè)^:轉(zhuǎn)編碼器64,所述》炎轉(zhuǎn)編碼器用于測(cè)量半圓弧形擺 架的旋轉(zhuǎn)角度值，所述兩個(gè)半圓弧擺架中間具有用于通過(guò)吊繩的光滑開(kāi)縫 65,所述限位裝置安裝在第一滑軌31和第二滑軌32的兩端，所述兩個(gè)半圓 弧形擺架的軸對(duì)稱(chēng)端上安裝有配重塊66,所述位置編碼器為中空/盲孔增量 式光電編碼器。
優(yōu)選地，所述吊車(chē)控制裝置包括安裝有實(shí)時(shí)環(huán)境的PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡， 所述數(shù)據(jù)采集卡能夠采集五路編碼器信號(hào)和四路限位開(kāi)關(guān)信號(hào)，并同時(shí)能夠 輸出三路模擬信號(hào)，所述吊車(chē)控制裝置釆用基于MATLAB RTW的實(shí)時(shí)環(huán)境， 按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)并發(fā)送到橋式吊車(chē)模擬裝 置，從而使得控制橋式吊車(chē)模擬裝置的按預(yù)定要求運(yùn)行。
優(yōu)選地，所述控制信號(hào)為按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出的相應(yīng)的控 制信號(hào)，所述預(yù)定的控制方法可以是現(xiàn)有各種控制方法中的任意一種。
由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)可以真實(shí)地反映橋式吊車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，并可以方i"更地進(jìn)行 控制器替換，從而能夠?qū)ΜF(xiàn)有各種橋式吊車(chē)控制方法進(jìn)行驗(yàn)證，并可以對(duì)控 制器進(jìn)行進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)，推動(dòng)吊車(chē)控制方法實(shí)用化的研究。此外，該系 統(tǒng)作為一個(gè)典型的非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還可以用于在教學(xué)中對(duì)不同控制方法的進(jìn)行驗(yàn)證說(shuō)明的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本發(fā)明中用于吊繩擺角測(cè)量的二維擺角測(cè)量裝 置與以往的擺角測(cè)量裝置相比，具有價(jià)格便宜、數(shù)據(jù)處理方便、測(cè)量范圍大、 靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意
圖2是本發(fā)明的吊車(chē)模擬機(jī)械主體的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的吊車(chē)模擬機(jī)械主體中的巻軸裝置示意圖4是本發(fā)明的二維擺角測(cè)量裝置示意圖5是本發(fā)明的二維擺角測(cè)量裝置俯視圖6是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)橋架的傳動(dòng)示意圖7是本發(fā)明的測(cè)量角度轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖8是本發(fā)明提供的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中吊車(chē)控制裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施 方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化領(lǐng)域的許多學(xué)者針對(duì)橋式吊車(chē)系統(tǒng)開(kāi)展了大量研究: 提出了多種控制方法，力圖實(shí)現(xiàn)橋式吊車(chē)的安全、高效運(yùn)輸。但是這些控制 方法大多采用了線性化或簡(jiǎn)化的了系統(tǒng)模型，而實(shí)際的吊車(chē)系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)非 線性系統(tǒng)，且運(yùn)行過(guò)程中還存在著摩擦力、風(fēng)力等千擾因素，因此如果應(yīng)用 到實(shí)際系統(tǒng)中去，這些方法的可靠性很難得到保證。為了更好地研究橋式吊 車(chē)的動(dòng)態(tài)特性，驗(yàn)證各種控制方法的控制效果，并進(jìn)一步提出更有效的橋式 吊車(chē)控制策略，本發(fā)明提供了下面的三維橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
圖1為本發(fā)明提供的一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意
圖，如圖1所示，本發(fā)明提供的一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)際橋式吊車(chē)模擬裝置101、吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102以及吊車(chē)控制裝置103,其 中
橋式吊車(chē)模擬裝置ioi，用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它是整個(gè) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制對(duì)象；
吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102,與橋式吊車(chē)模擬裝置101相連接，用于實(shí)時(shí)測(cè) 量所述橋式吊車(chē)模擬裝置101的狀態(tài)量信息，并發(fā)送給吊車(chē)控制裝置103;
吊車(chē)控制裝置103,與橋式吊車(chē)模擬裝置101、吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102 相連接，用于接收吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102所測(cè)量的橋式吊車(chē)模擬裝置101的 狀態(tài)量信息，并根據(jù)該狀態(tài)量信息，按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出相應(yīng) 的控制信號(hào)，然后將控制信號(hào)發(fā)送到橋式吊車(chē)模擬裝置，從而使得控制橋式 吊車(chē)模擬裝置的按預(yù)定要求運(yùn)行。
在本發(fā)明中，所述吊車(chē)控制裝置103通過(guò)對(duì)橋式吊車(chē)模擬裝置101發(fā)出 預(yù)定控制量信號(hào)，控制橋式吊車(chē)模擬裝置101的具體運(yùn)行，使得橋式吊車(chē)模 擬裝置101運(yùn)行特定的吊車(chē)控制方式。
在本發(fā)明中，所述控制信號(hào)為按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出的相應(yīng) 的控制信號(hào)，所述預(yù)定的控制方法可以是現(xiàn)有各種控制方法中的任意一種。
需要指出的是，橋式吊車(chē)是一種復(fù)雜的非線性受控對(duì)象，其中的控制量 為各個(gè)方向上的電機(jī)力矩，而系統(tǒng)的自由度既包括臺(tái)車(chē)的位移向量和吊繩長(zhǎng)
度，同時(shí)又包括負(fù)載在各個(gè)方向上的擺動(dòng)，系統(tǒng)自由度的維數(shù)大于控制向量 的維數(shù)，因此它是一個(gè)典型的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于這種典型的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如
何對(duì)其實(shí)現(xiàn)高性能控制仍然是目前急需解決的一個(gè)技術(shù)難題。因此，本發(fā)明 提供的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也可以作為通常欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制的教 學(xué)和研究平臺(tái)使用。
在本發(fā)明中，橋式吊車(chē)模擬裝置101包括吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011和驅(qū) 動(dòng)裝置1012，其中，所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011,用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系 統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，以進(jìn)行吊車(chē)的各種控制方式操作；所述驅(qū)動(dòng)裝置1012,用于 接收吊車(chē)控制裝置103發(fā)出的控制信號(hào)，為所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011進(jìn)行 吊車(chē)的各種控制方式操作提供驅(qū)動(dòng)力。在本發(fā)明的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011部分 是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的骨架，如圖2所示，主要包括支撐框架l、橋架2、第一滑 軌31、第二滑軌32、臺(tái)車(chē)4、設(shè)置在臺(tái)車(chē)4上的巻軸5以及支撐腳6，其中， 所述支撐框架1是由12根硬質(zhì)金屬管焊接而成的中空長(zhǎng)方體，在所述支撐框 架1的底部四個(gè)角處設(shè)置有旋轉(zhuǎn)的、高低可調(diào)的支撐腳6，當(dāng)?shù)孛娌黄教箷r(shí)， 通過(guò)調(diào)節(jié)支撐框架1底部的四個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐腳6,可以保證支撐框架1的上部 平面與水平面平行，使得支撐框架1在不平坦的地面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固放置。
此外，為了加強(qiáng)本發(fā)明的吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011部分的穩(wěn)固性，避免在 模擬吊車(chē)的負(fù)載7在移動(dòng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生晃動(dòng)，本發(fā)明在支撐框架1下部的直角 處通過(guò)三角鐵進(jìn)行加固。
需要說(shuō)明的是，支撐框架1主要用于支撐起吊車(chē)的工作空間，由所述支 撐框架1所圍繞確定的中空長(zhǎng)方體是本發(fā)明吊車(chē)模擬裝置的工作空間。本發(fā) 明在所述支撐框架1的上部支撐框的y方向上安裝有兩條平行的第一滑軌 31,所述橋架2可以沿著該第一滑軌31進(jìn)行滑動(dòng)。此外，在本發(fā)明中，所述 橋架2是由質(zhì)量輕且剛度好的金屬制成，為矩形框架，它的jc方向上安裝有 兩條平行的第二滑軌32，所述臺(tái)車(chē)4可以沿著該第二滑軌32進(jìn)行滑動(dòng)。在 本發(fā)明中，所述臺(tái)車(chē)4是一個(gè)輕質(zhì)的金屬板，在其上面安裝有用于升降負(fù)載 的鋼絲繩巻軸5 (如圖3所示)。
鑒于如上所述，臺(tái)車(chē)4和橋架2都可以在支撐框架1上面的水平面上沿 著滑軌(即第一滑軌31或者第二滑軌32)運(yùn)動(dòng)，使得負(fù)載7通過(guò)臺(tái)車(chē)4的 運(yùn)動(dòng)以及巻軸5的運(yùn)動(dòng)可以到達(dá)支撐框架1所圍繞確定的工作空間中的任意 位置。
在本發(fā)明中，上述的臺(tái)車(chē)4和橋架2在上面運(yùn)動(dòng)的滑軌(即第一滑軌31 或者第二滑軌32)釆用的是吊輪滑軌，并且橋架2和臺(tái)車(chē)4都是采用輕質(zhì)鋁 合金材料制成。
如圖3所示，在本發(fā)明的吊車(chē)才莫擬機(jī)械主體1011中，安裝在臺(tái)車(chē)4上的 用于升降負(fù)載7的巻軸5，包括有傳動(dòng)內(nèi)軸51、銷(xiāo)52、傳動(dòng)軸套53、絞盤(pán) 54、絲杠55、支撐軸承56、支撐軸承架57、鋼絲吊繩58。其中，所述傳動(dòng)軸套53、絞盤(pán)54和絲杠55固定連接在一起。
在本發(fā)明中，所述鋼絲吊繩58優(yōu)選為選用直徑為lmm (毫米)的多股 鋼絲繩，該鋼絲吊繩58在絞盤(pán)54上進(jìn)行單層盤(pán)繞，用于懸掛負(fù)載的一端徑 直穿過(guò)用于二維角度測(cè)量裝置的起擺點(diǎn)定位孔。
在本發(fā)明中，所述支撐軸承架57對(duì)支撐軸承56起到支撐作用，支撐軸 承56與絲杠55螺紋咬合連接，于是，絲杠55在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也會(huì)發(fā)生水 平位移，在本發(fā)明中，所述絲杠55每旋轉(zhuǎn)一周就水平位移lmm (毫米)。
所述傳動(dòng)內(nèi)軸51與電機(jī)50上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)連軸器連接在一起。所述銷(xiāo) 52是一根穿過(guò)傳動(dòng)內(nèi)軸51和傳動(dòng)軸套53上的兩側(cè)孔59的金屬棒。當(dāng)電機(jī) 50轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)傳動(dòng)內(nèi)軸51和銷(xiāo)52帶動(dòng)傳動(dòng)軸套53—起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而接著 帶動(dòng)絞盤(pán)54、絲杠55—起轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于本發(fā)明的傳動(dòng)軸套53上的側(cè)孔59是兩條水平方向的長(zhǎng)孔，因而傳 動(dòng)軸套53在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還可以在水平方向上進(jìn)行自由移動(dòng)，因此不會(huì)影響到 絲杠55、與絲杠55固定連接的絞盤(pán)54在水平方向的運(yùn)動(dòng)。
綜上所述，當(dāng)電機(jī)50轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)絞盤(pán)54轉(zhuǎn)動(dòng)，鑒于鋼絲吊繩58盤(pán)繞 在絞盤(pán)54上且一端懸掛有所述負(fù)載7，從而可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載7的升降，與此同 時(shí)，由于絞盤(pán)54每;5走轉(zhuǎn)一周時(shí)，在水平方向移動(dòng)的距離與鋼絲繩的直徑相等， 即都為lmm(毫米)，因而可以保證鋼絲吊繩58總是豎直穿過(guò)起擺點(diǎn)定位孔 63。這樣一方面可以減少鋼絲繩58與起擺點(diǎn)定位孔之間的摩擦力，另一方面 也可以保證鋼絲繩吊58在絞盤(pán)54上可以單層致密地盤(pán)繞，,人而可以通過(guò)電 ^L的編碼器準(zhǔn)確地計(jì)算出吊繩長(zhǎng)度的變化。例如，當(dāng)絞盤(pán)54下降負(fù)栽7，向 下旋轉(zhuǎn)一周，與絞盤(pán)54連接在一起的絲杠55也旋轉(zhuǎn)一周，并向支撐軸承56 方向水平移動(dòng)lmm,同時(shí)一圏鋼絲繩58被^>開(kāi)，鋼絲吊繩58在絞盤(pán)54上 向傳動(dòng)內(nèi)軸51的方向后退一個(gè)直徑的距離，因此，可以保證鋼絲繩58總是 豎直穿過(guò)起擺點(diǎn)定位孔63。
在本發(fā)明中，如圖6所示，驅(qū)動(dòng)裝置1012包括有三個(gè)伺服電;f幾、三個(gè) 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、兩套傳動(dòng)裝置。它主要負(fù)責(zé)為吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011提供 驅(qū)動(dòng)力，包括臺(tái)車(chē)4沿jc方向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力、臺(tái)車(chē)4與橋架2沿；;方向運(yùn)動(dòng) 的驅(qū)動(dòng)力以及提升負(fù)載7的巻軸驅(qū)動(dòng)力。其中，鑒于jc, y方向的驅(qū)動(dòng)力需 要將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為水平方向上的力，所以，本發(fā)明通過(guò)同步輪91與同步帶92來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為水平方向上的力。
在本發(fā)明中通過(guò)伺服電機(jī)的力矩控制模式可以對(duì)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
為了更好地研究、控制橋式吊車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)性能，需要對(duì)吊車(chē)的動(dòng) 力學(xué)進(jìn)行分析，也就是說(shuō)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行力控制。具體而言，鑒于伺服電機(jī) 可以分為直流、交流兩類(lèi)，其中以交流電機(jī)的輸出力矩較大，故本發(fā)明的實(shí) 例中選用交流伺服電機(jī)。
本發(fā)明通過(guò)交流伺服電機(jī)的力矩控制模式可以對(duì)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控 制。其中，托動(dòng)橋架2與臺(tái)車(chē)4的電機(jī)所需要的力矩較大，故本發(fā)明選擇為 使用功率為200W的交流伺服電機(jī)81,額定轉(zhuǎn)矩6.4Nm，額定轉(zhuǎn)速3000rpm， 同時(shí)由于吊車(chē)運(yùn)行并不需要太高的速度，所以，本發(fā)明還可以安裝10: l的 減速機(jī)，這樣能夠增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
帶動(dòng)巻軸5的電機(jī)要求質(zhì)量比較小，而且鑒于本發(fā)明采用的負(fù)載7不大， 較輕，因而本發(fā)明可以選擇使用功率為100W的交流伺服電機(jī)82，同時(shí)裝配 9: 1的減速機(jī)。
在本發(fā)明的實(shí)例中，三個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇為與各個(gè)電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng) 器，它們具有力矩控制模式，可以根據(jù)控制電壓的大小來(lái)使所配套的電機(jī)輸 出對(duì)應(yīng)的力矩，因此，本發(fā)明的吊車(chē)控制裝置103可以通過(guò)向驅(qū)動(dòng)裝置1022 中的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送模擬的控制量電信號(hào)來(lái)控制電機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的力矩， 需要說(shuō)明的是，控制量即為各個(gè)方向上的電機(jī)力矩。
在本發(fā)明吊車(chē)模擬機(jī)械主體1011中，水平方向上的兩個(gè)托動(dòng)力是通過(guò)兩 套同步裝置進(jìn)行傳動(dòng)的，把臺(tái)車(chē)4和橋架2固定在相應(yīng)的同步帶92上，即可 實(shí)現(xiàn)電機(jī)81對(duì)其的水平托動(dòng)。在j;方向上，由于架橋2長(zhǎng)度大，只在一側(cè)進(jìn) 行托動(dòng)會(huì)引起架橋2扭曲，影響吊車(chē)的正常運(yùn)行。為此，本發(fā)明在橋架2的 另 一側(cè)也安裝有同步輪91與同步帶92,并且兩側(cè)對(duì)應(yīng)的同步輪91通過(guò)一根 同步軸93相連，從而實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，參見(jiàn)圖6所示。
在本發(fā)明中，吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102用于測(cè)量橋式吊車(chē)模擬裝置101 (模 擬三維橋式吊車(chē)系統(tǒng))的5個(gè)狀態(tài)量，即臺(tái)車(chē)4在jc， y方向上的位置，吊 繩長(zhǎng)度/,以及吊繩的二維擺角《,A，包括有安裝在三個(gè)伺服電機(jī)上的位 置編碼器1021, 二維擺角測(cè)量裝置1022和限位裝置1023。在本發(fā)明中，所述吊車(chē)控制裝置103可以通過(guò)吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102所 檢測(cè)獲得的吊繩的二維擺角《的大小來(lái)判斷吊車(chē)負(fù)栽的擺動(dòng)狀態(tài)。
其中，位置量義，y和/的變化量可以通過(guò)三個(gè)交流伺服電機(jī)的位置編碼
器1021讀數(shù)計(jì)算得到。 具體公式如下
:碼盤(pán)脈沖數(shù)x驅(qū)動(dòng)輪/同步輪周長(zhǎng)(mm) 7 (""W —采集卡倍頻數(shù)x編碼器分辨率(ppr)x減速器減速比'
在本發(fā)明中，上述兩個(gè)位置編碼器為中空/盲孔增量式光電編碼器，輸出 方式為長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)。
吊繩的二維擺角可以通過(guò)圖4所示裝置的測(cè)量值來(lái)計(jì)算得到。在橋式吊車(chē) 的動(dòng)力學(xué)模型中為了數(shù)學(xué)表述方便， 一般定義了 ^與 來(lái)表示負(fù)載擺角的大 小，而圖4所示測(cè)量裝置只能測(cè)出角度《與《，因此需要建立《、^與《、 《之間的關(guān)系式。根據(jù)圖6可以得到
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，；、4分別是/在y軸和Z上的投影，^為/在JCZ平面上的投影。根
據(jù)實(shí)際情況，我們可以假設(shè)負(fù)載擺角不超過(guò)90度，即
<formula>formula see original document page 14</formula>
于是可以得到《與 表達(dá)式如下 、 屮i
A = arctan(tan(/92)cos(《))，
測(cè)量角度量《,《的可以通過(guò)編碼器讀數(shù)計(jì)算得到
<formula>formula see original document page 14</formula>
如圖4、圖5所示，所述二維擺角測(cè)量裝置1022包括有兩個(gè)半圓弧形擺 架，內(nèi)半圓弧擺架61的外徑略小于外半圓弧擺架62的內(nèi)徑，它們可以繞各自的旋轉(zhuǎn)軸67轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩個(gè)半圓弧形擺架的旋轉(zhuǎn)軸67都位于平行與水平面 的同一平面上，且相互正交，交點(diǎn)與兩個(gè)半圓弧圓心重合，并與吊繩起擺點(diǎn) 的定位孔63重合。在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的一端分別安裝有兩個(gè)i走轉(zhuǎn)編碼器64,用 于測(cè)量半圓弧形擺架的旋轉(zhuǎn)角度值。每個(gè)半圓弧擺架中間都有光滑開(kāi)縫65, 參見(jiàn)圖5，開(kāi)縫寬度略大于吊繩直徑，將吊繩從兩個(gè)半弧的開(kāi)縫中先后串過(guò)， 這樣當(dāng)?shù)趵K發(fā)生擺動(dòng)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)兩個(gè)半圓弧的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以得到吊繩在兩 個(gè)正交鉛垂面的擺角《與《。由于本發(fā)明中的二維擺角測(cè)量裝置1022采用的 是這種半圓弧形擺架，兩個(gè)擺架可以在大范圍內(nèi)(-85°~85°,以擺繩豎直向 下為0。角)自由擺動(dòng)互不干涉，所以它可以測(cè)量擺角范圍可達(dá)-85°~85°，這 種大范圍二維擺角測(cè)量裝置能夠極大地方便分析橋式吊車(chē)在各種極端情況下 的狀態(tài)變化。
此外，本發(fā)明的二維擺角測(cè)量裝置1022還在半圓弧形擺架的軸對(duì)稱(chēng)端上 安裝了配重塊66進(jìn)行配重，這樣就不會(huì)因?yàn)榘雸A弧自重使吊繩產(chǎn)生彎折，從 而提高了測(cè)量的靈敏度。
所述吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102包括安裝在;c, y方向上第一滑軌31和第二 滑軌32兩端的限位裝置1023。所述限位裝置1023為限位開(kāi)關(guān)，用于防止在 控制失靈或誤操作時(shí)，橋架2或臺(tái)4車(chē)沖出軌道發(fā)生意外。
在本發(fā)明的實(shí)例中，可以分別在jc, y方向上一條軌道的兩端，安裝有一 個(gè)小型行程開(kāi)關(guān)用于限位。
鑒吁 一個(gè)三維橋式吊車(chē)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的控制系統(tǒng)需要能實(shí)時(shí)地讀取傳感器 反饋的當(dāng)前系統(tǒng)信息，并計(jì)算發(fā)送出合適的控制信號(hào)以達(dá)到預(yù)期的控制目的。 因此，需要一個(gè)實(shí)時(shí)環(huán)境來(lái)完成所需的控制任務(wù)。
為此，本發(fā)明中的吊車(chē)控制裝置103優(yōu)選為采用基于PC機(jī)的實(shí)時(shí)控制裝 置，這種方法控制器編程簡(jiǎn)單，更換方法，易于進(jìn)行算法測(cè)試，適合研究、 教學(xué)中使用。如圖8所示，本發(fā)明的吊車(chē)控制裝置103除了安裝有實(shí)時(shí)環(huán)境 的PC機(jī)1031夕卜，本發(fā)明的吊車(chē)控制裝置103還包括數(shù)據(jù)采集卡1032,參見(jiàn) 圖8所示，其中，數(shù)據(jù)采集卡用于采集來(lái)自位置傳感器、角度傳感器的信息， 并將這些信息送到PC機(jī)中，還負(fù)責(zé)將PC機(jī)發(fā)送的控制指令轉(zhuǎn)化為合適的電 信號(hào)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)裝置1012中的相應(yīng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
在本發(fā)明中，所述控制信號(hào)為按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出的相應(yīng)的控制信號(hào)，要驗(yàn)證一種控制方法對(duì)于橋式吊車(chē)的控制效果，只需要使用根
據(jù)該控制算法搭建的控制器，對(duì)吊車(chē)控制裝置103中的實(shí)時(shí)環(huán)境PC機(jī)1031 中的控制器進(jìn)行替換。由于本發(fā)明采用的是基于Matlab RTW的實(shí)時(shí)環(huán)境， 它可以與Matlab/Simulink無(wú)縫連接，所以可以利用Simulink各工具箱中的模 塊方便地完成控制器搭建。所述控制器可以利用數(shù)據(jù)采集卡送入到PC機(jī)中 的橋式吊車(chē)系統(tǒng)狀態(tài)量信息，同時(shí)還可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送 實(shí)時(shí)的控制命令。
對(duì)于本發(fā)明提供的三維橋式吊車(chē)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的控制系統(tǒng)中基于PC機(jī)的 實(shí)時(shí)控制裝置，即吊車(chē)控制裝置103,本發(fā)明采用的是基于MATLAB RTW 的實(shí)時(shí)環(huán)境，該實(shí)時(shí)環(huán)境具有以下的優(yōu)點(diǎn)
可以針對(duì)不同的對(duì)象平臺(tái)自動(dòng)生成高效率可執(zhí)行代碼；
提供了一條從設(shè)計(jì)到應(yīng)用快捷、直接的道路；
與MATLAM和Simulink無(wú)縫連接，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種控制算法，并 可以將仿真中測(cè)試通過(guò)的控制器方便地實(shí)用到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制中去。 簡(jiǎn)單的圖形用戶(hù)^^妻口；
開(kāi)放的體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和可擴(kuò)展的編譯過(guò)程，可以很容易地將開(kāi)發(fā)的程序移 植到各類(lèi)單片機(jī)中。
需要說(shuō)明的是，SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系 統(tǒng)建模和仿真的 一個(gè)軟件包。
如上所說(shuō),MATLAB RTW支持多種對(duì)象平臺(tái)，本發(fā)明的實(shí)例選擇Window 下的實(shí)時(shí)控制平臺(tái)RealTime Windows Target (RTWT )，它僅需要一臺(tái)PC機(jī)， 可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，控制周期最小可達(dá)1ms左右。
由于本發(fā)明中，吊車(chē)控制裝置103需要通過(guò)3路摸擬量來(lái)控制驅(qū)動(dòng)裝置 1012中的3臺(tái)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，此外，鑒于吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102中測(cè)量5 個(gè)狀態(tài)量的編碼器輸出信號(hào)都是差分增量信號(hào)，因而，吊車(chē)控制裝置103中 的數(shù)據(jù)采集卡需要能夠讀取5路編碼器信號(hào)，并能夠同時(shí)輸出3路模擬信號(hào)， 采樣頻率大于lKHz。當(dāng)?shù)踯?chē)狀態(tài)測(cè)量裝置102中還包括有限位裝置時(shí)，所 述數(shù)據(jù)采集卡還用于采集4路限位開(kāi)關(guān)信號(hào)。因此，本發(fā)明選取的是固高 GT-400SV板卡。
本發(fā)明所提供的一種三維橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以真實(shí)地反映橋式吊車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，并可以方便地進(jìn)行控制器替換，從 而能夠?qū)ΜF(xiàn)有各種橋式吊車(chē)控制方法進(jìn)行驗(yàn)證，并可以對(duì)控制器進(jìn)行進(jìn)一步 的研究設(shè)計(jì)，推動(dòng)吊車(chē)控制方法實(shí)用化的研究。此外，該系統(tǒng)作為一個(gè)典型 的非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還可以用于在教學(xué)中對(duì)不同控制方法的進(jìn)行驗(yàn)證說(shuō)明
的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本發(fā)明中用于吊繩擺角測(cè)量的二維擺角測(cè)量裝置1022與以往的 擺角測(cè)量裝置相比，具有價(jià)格便宜、數(shù)據(jù)處理方便、測(cè)量范圍大、靈敏度高 的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn) 飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)^L為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括有實(shí)際橋式吊車(chē)模擬裝置、吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置以及吊車(chē)控制裝置，其中橋式吊車(chē)模擬裝置，用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制對(duì)象；吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述橋式吊車(chē)模擬裝置的狀態(tài)量信息，并發(fā)送給吊車(chē)控制裝置；吊車(chē)控制裝置，用于接收吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置所測(cè)量的橋式吊車(chē)模擬裝置的狀態(tài)量信息，并根據(jù)該狀態(tài)量信息，按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)，然后將控制信號(hào)發(fā)送到橋式吊車(chē)模擬裝置，從而使得控制橋式吊車(chē)模擬裝置的按預(yù)定要求運(yùn)行。
2、 如權(quán)利要求1所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 橋式吊車(chē)模擬裝置包括有吊車(chē)模擬機(jī)械主體和驅(qū)動(dòng)裝置，其中，所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體，用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，以進(jìn) 行吊車(chē)的各種控制方式操作；所述驅(qū)動(dòng)裝置，用于接收吊車(chē)控制裝置發(fā)出的 控制信號(hào)，為所述吊車(chē)模擬機(jī)械主體進(jìn)行吊車(chē)的各種控制方式操作提供驅(qū)動(dòng) 力。
3、 如權(quán)利要求2所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 吊車(chē)模擬機(jī)械主體包括有支撐框架(l)、橋架(2)、第一滑軌(31)、第二 滑軌(32)、臺(tái)車(chē)(4)、設(shè)置在臺(tái)車(chē)(4)上的巻軸(5)、支撐腳(6)以及負(fù) 載(7)，所述支撐框架(1)是由12根硬質(zhì)金屬管焊接而成的中空長(zhǎng)方體， 所述支撐腳(6)安裝在所述支撐框架(1)的底部四個(gè)角，所述支撐框架(1) 的上部支撐框的y方向上安裝有兩條平行的第一滑軌(31)，所述橋架(2) 可滑動(dòng)地安裝在所述第一滑軌(31)上，所述橋架(2)的x方向上安裝有兩 條平行的第二滑軌(32)，所述臺(tái)車(chē)(4)可滑動(dòng)地安裝在所述第二滑軌(32) 上，所述臺(tái)車(chē)(4)上面安裝有用于升降負(fù)栽(7)的鋼絲繩巻軸(5),所述 第一滑軌(31)和/或第二滑軌(32)為吊輪滑軌，所述橋架(2)和臺(tái)車(chē)(4) 采用輕質(zhì)鋁合金材料制成。
4、 如權(quán)利要求3所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 巻軸(5)包括有傳動(dòng)內(nèi)軸(51)、銷(xiāo)(52)、傳動(dòng)軸套(53)、絞盤(pán)(54)、 絲杠(55)、支撐軸承(56)、支撐軸承架(57)、鋼絲吊繩(58)，所述傳動(dòng) 軸套(53)、絞盤(pán)(54)和絲杠(55)固定連接在一起，所述鋼絲吊繩(58) 在所述絞盤(pán)(54)上進(jìn)行單層盤(pán)繞且一端懸掛有所述負(fù)載(7)，所述支撐軸 承架(57)用于支撐所述支撐軸承(56)，所述支撐軸承(56)與絲杠(55) 螺紋咬合連接，所述銷(xiāo)(52)貫穿傳動(dòng)內(nèi)軸(51)和傳動(dòng)軸套(53)上的兩 側(cè)孔(59)，所述傳動(dòng)內(nèi)軸(51)與一個(gè)電機(jī)連接，所述傳動(dòng)軸套(53)上的 兩側(cè)孔(59)是兩條水平方向的長(zhǎng)孔。
5、 如權(quán)利要求3所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 狀態(tài)量信息包括有臺(tái)牟(4)在jc,少方向上的位置，吊繩(58)的長(zhǎng)度/, 以及吊繩(58)的二維擺角《,A。
6、 如權(quán)利要求5所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 吊車(chē)控制裝置根據(jù)吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置所檢測(cè)獲得的吊繩(58)的二維擺角 《,&的大小來(lái)判斷吊車(chē)負(fù)載(7)的擺動(dòng)狀態(tài)。
7、 如權(quán)利要求3所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 驅(qū)動(dòng)裝置包括有三個(gè)伺服電機(jī)、三個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、兩套傳動(dòng)裝置，所述 三個(gè)伺服電機(jī)分別用于提供臺(tái)車(chē)(4)沿x方向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力、臺(tái)車(chē)(4)與橋 架(2)沿y方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力以及提升負(fù)載(7)的巻軸驅(qū)動(dòng)力，所述三個(gè) 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為與三個(gè)伺服電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)器，具有力矩控制模式，用于 根據(jù)控制電壓的大小來(lái)使所配套的電機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的力矩，所述兩套傳動(dòng)裝置包括有義方向上的傳動(dòng)裝置和^方向上的傳動(dòng)裝置，所述jc方向上的傳動(dòng)裝置包括兩個(gè)同步輪和一條閉環(huán)同步帶，所述y方向上的傳動(dòng)裝置包括四個(gè)同步 輪、兩根同步軸和兩條閉環(huán)同步帶，所述臺(tái)車(chē)(4)和橋架(2)固定在同步 帶上。
8、 如權(quán)利要求7所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置包括有安裝在三個(gè)伺服電機(jī)上的位置編碼器、二維擺角 測(cè)量裝置和P艮位裝置，所述二維擺角測(cè)量裝置包括有兩個(gè)半圓弧形擺架，內(nèi)半圓弧擺架(61)的外徑略小于外半圓弧擺架(62)的內(nèi)徑，所述內(nèi)半圓弧 擺架和外半圓弧擺架繞著各自的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述兩個(gè)半圓弧形擺架的旋轉(zhuǎn) 軸都位于平行與水平面的同一平面上，且相互正交，交點(diǎn)與兩個(gè)半圓弧圓心 重合，并與吊繩起擺點(diǎn)的定位孔(63)重合，所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的一端分別安 裝有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(64 )，所述旋轉(zhuǎn)編碼器用于測(cè)量半圓弧形擺架的旋轉(zhuǎn)角 度值，所述兩個(gè)半圓弧擺架中間具有用于通過(guò)吊繩的光滑開(kāi)縫(65),所述限 位裝置安裝在第一滑軌(31)和第二滑軌(32)的兩端，所述兩個(gè)半圓弧形 擺架的軸對(duì)稱(chēng)端上安裝有配重塊(66),所述位置編碼器為中空/盲孔增量式 光電編碼器。
9、 如權(quán)利要求1所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述 吊車(chē)控制裝置包括安裝有實(shí)時(shí)環(huán)境的PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡 能夠采集五路編碼器信號(hào)和四路限位開(kāi)關(guān)信號(hào)，并同時(shí)能夠輸出三路模擬信 號(hào)，所述吊車(chē)控制裝置采用基于MATLABRTW的實(shí)時(shí)環(huán)境，按照預(yù)定的控 制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)并發(fā)送到橋式吊車(chē)模擬裝置，從而使得 控制橋式吊車(chē)模擬裝置按預(yù)定要求運(yùn)行。
10、 如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其 特征在于，所述控制信號(hào)為按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出的相應(yīng)的控制 信號(hào)，所述預(yù)定的控制方法可以是現(xiàn)有各種控制方法中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種橋式吊車(chē)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括有實(shí)際橋式吊車(chē)模擬裝置、吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置以及吊車(chē)控制裝置，其中，橋式吊車(chē)模擬裝置，用于模擬實(shí)際橋式吊車(chē)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制對(duì)象；吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述橋式吊車(chē)模擬裝置的狀態(tài)量信息，并發(fā)送給吊車(chē)控制裝置；吊車(chē)控制裝置，用于接收吊車(chē)狀態(tài)測(cè)量裝置所測(cè)量的橋式吊車(chē)模擬裝置的狀態(tài)量信息，并根據(jù)該狀態(tài)量信息，按照預(yù)定的控制方法實(shí)時(shí)地計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)，然后將控制信號(hào)發(fā)送到橋式吊車(chē)模擬裝置，從而使得控制橋式吊車(chē)模擬裝置的按預(yù)定要求運(yùn)行。本發(fā)明真實(shí)反映橋式吊車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，能夠驗(yàn)證現(xiàn)有的不同吊車(chē)控制方法的實(shí)際效果。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101419764SQ20081015235
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者方勇純, 王鵬程, 苑英海, 馬博軍 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)