專利名稱：一種塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法
技術領域：
本發明涉及工程機械的振動控制技術，特別是涉及一種塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法。
背景技術：
隨著國內基礎設施安裝工程朝著大型、高效和安全的方向發展，橋梁、電廠、風電、 化工和高層房屋等領域的建設對大型塔吊(又稱塔式起重機)的需求呈快速發展趨勢。
由于對現代橋梁大跨度和輕質化的發展要求，在橋梁結構的設計中，索塔段從傳統的鋼混結構轉變為鋼制結構，這種轉變不僅降低了橋梁的重量，同時也引發了對施工方法的改進。傳統的施工方法是人工進行澆筑，效率低且質量得不到保障；為了提高施工效率和質量，現代橋梁的施工采用大噸位塔吊對橋梁鋼索塔進行分節吊裝。
然而在運用大噸位塔吊對鋼索塔進行吊裝的過程中，由于起重噸位較重，起升高度較高，容易引起塔吊-索塔結構的耦合振動。一方面鋼索塔為多節段鋼制結構，自身剛度小，穩定性差，極易因外擾產生大擺幅振動；另一方面塔吊和鋼索塔通過附著裝置(附著裝置是固定在塔吊和建筑物上的框架附著拉桿，當塔吊使用高度超過限定高度時，它可以增加塔吊的牢固程度，不致因為高度過高在起重過程中發生安全事故)相連接，鋼索塔產生的振動激勵同時會引發塔吊的振動。由于這種“塔吊-索塔結構的耦合振動”存在，大噸位塔吊在對索塔進行分節吊裝的過程中，結構穩定性和安全性較差。
現有技術中，通常通過在索塔上安裝控制器來進行減振處理。這種減振處理方式沒有考慮到外擾作用下附著裝置對索塔的影響，在塔吊對索塔進行分節吊裝的過程中，耦合振動未被有效控制，塔吊結構穩定性和安全性仍然較差，危險系數較大。發明內容
本發明提供了一種塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法，用以解決現有技術中塔吊-索塔結構的耦合振動不能被有效控制，塔吊結構穩定性和安全性較差的技術問題。
本發明塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法，應用于包括附著裝置的塔吊-索塔結構中，其中，附著裝置的撐桿固定連接于塔吊和索塔之間，所述方法包括
A、采集塔吊-索塔結構耦合振動的激勵響應信號；
B、根據激勵響應信號的位移信息和速度信息、保存的塔吊-索塔結構簡化力學模型和保存的主動振動控制算法計算出撐桿上的主動振動控制裝置的最優主動控制力；
C、根據最優主動控制力和保存的驅動電壓算法計算出主動振動控制裝置的驅動電壓；
D、根據所述驅動電壓驅動主動振動控制裝置對撐桿施加與振動方向相反的主動控制力。
在本發明技術方案中，由于可根據塔吊-索塔結構耦合振動的激勵響應信號的位移信息和速度信息、保存的塔吊-索塔結構簡化力學模型和保存的主動振動控制算法計算出主動振動控制裝置的最優主動控制力，并且根據最優主動控制力和保存的驅動電壓算法計算出主動振動控制裝置的驅動電壓，進而驅動主動振動控制裝置對撐桿施加與振動方向相反的主動控制力，可使塔吊-索塔結構在發生耦合振動時保持穩定，減振效果顯著，且智能化程度較高。
圖1為塔吊-索塔結構示意圖2為塔吊-索塔結構俯視圖3為塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法流程圖4為塔吊-索塔結構的簡化五質點模型示意圖5為塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制設備結構示意圖6為控制器結構示意圖。
附圖標記
10-塔吊20-索塔
30-附著裝置 30a-附著框
30b-支座30c-撐桿
30d-振動控制裝置具體實施方式
為了解決現有技術中塔吊-索塔結構的耦合振動不能被有效控制，塔吊結構穩定性和安全性較差的技術問題，本發明提供了一種塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法。
如圖1和圖2所示，在塔吊-索塔結構中，塔吊10位于索塔20的對稱中心線上，通過附著裝置30與索塔20相互連接。本發明所指附著裝置30包括附著框30a、撐桿30c、 支座30b和位于撐桿上的振動控制裝置30d。當塔吊-索塔結構受到外部激勵而產生耦合振動時，振動控制裝置可對撐桿施加與振動方向相反的主動控制力，從而抵消由于振動所產生的相對位移，使結構保持穩定。其中，主動控制力指在振動控制過程中，為達到抑制或消除振動的目的，根據所檢測到的振動信號，應用一定的控制策略，經過實時計算，驅動振動控制裝置對控制目標施加的力。
如圖3所示，本發明塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法，應用于包括附著裝置的塔吊-索塔結構中，其中，附著裝置的撐桿固定連接于塔吊和索塔之間，包括步驟
步驟101、采集塔吊-索塔結構耦合振動的激勵響應信號；
步驟102、根據激勵響應信號的位移信息和速度信息、保存的塔吊-索塔結構簡化力學模型和保存的主動振動控制算法計算出撐桿上的主動振動控制裝置的最優主動控制力；
步驟103、根據最優主動控制力和保存的驅動電壓算法計算出主動振動控制裝置的驅動電壓；
步驟104、根據所述驅動電壓驅動主動振動控制裝置對撐桿施加與振動方向相反的主動控制力。
其中，當采集的激勵響應信號為模擬信號時，在步驟101和步驟102之間，可以進一步包括步驟
將采集的激勵響應信號的模擬信號轉變為數字信號；
在步驟103和步驟104之間，可以進一步包括步驟
將計算出的驅動電壓的數字信號轉變為模擬信號。
激勵響應信號可以包含位移信息、速度信息或其他相關信息，在本發明中，所述激勵響應信號優選為加速度響應信號。
本發明的振動控制裝置優選為主動控制作動器。
在步驟102中，塔吊-索塔結構簡化力學模型包括通過計算等效質量和等效剛度對塔吊-索塔結構進行降階和簡化的五質點模型。如圖4所示，彈簧代表塔吊-索塔結構的等效剛度，M5代表塔吊結構的等效質量體；Ml與M2為一組、M3與M4為一組，分別代表位于塔吊兩側的索塔結構的兩個等效質量體。因此，步驟102包括
建立塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程；
根據塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程和保存的最優線性控制算法計算出主動控制作動器的最優主動控制力。
其中，建立塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程，包括
建立塔吊-索塔結構主動振動控制的運動方程
M X+CX + KX = BJJ(t) + EsF (t)
X(t0) = \0X(t0) = Xo .
將運動方程表示為塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程
Z{t) = AZ{t) + BU(t) + EF(t)
Z(Y0) = Z0 =
其中，M e Rnxn為塔吊-索塔結構等效質量矩陣，C e Rnxn為塔吊-索塔結構阻尼矩陣，K e Rnxn為塔吊-索塔結構等效剛度矩陣；χ(t) e Rnxi為塔吊-索塔結構位移向量；BS e Rnxtl為主動控制作動器定位矩陣;U(t) e Rpxi為主動控制作動器主動控制力向量， 式中P為主動控制作動器個數；ES e Rnxp為外部激勵定位矩陣；F(t) e rxl為外部激勵向量，式中q為外部激勵個數；X(t。)e Rnxi,X(t0) e Rnxi分別為塔吊-索塔結構的初始位移
權利要求
1.一種塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法，應用于包括附著裝置的塔吊-索塔結構中，其中，附著裝置的撐桿固定連接于塔吊和索塔之間，其特征在于，所述方法包括A、采集塔吊-索塔結構耦合振動的激勵響應信號；B、根據激勵響應信號的位移信息和速度信息、保存的塔吊-索塔結構簡化力學模型和保存的主動振動控制算法計算出撐桿上的主動振動控制裝置的最優主動控制力；C、根據最優主動控制力和保存的驅動電壓算法計算出主動振動控制裝置的驅動電壓；D、根據所述驅動電壓驅動主動振動控制裝置對撐桿施加與振動方向相反的主動控制力。
2.如權利要求1所述的振動控制方法，其特征在于，所述激勵響應信號為加速度響應信號。
3.如權利要求1所述的振動控制方法，其特征在于，所述主動振動控制裝置為主動控制作動器。
4.如權利要求3所述的振動控制方法，其特征在于，所述塔吊-索塔結構簡化力學模型包括通過計算等效質量和等效剛度對塔吊-索塔結構進行降階和簡化的五質點模型，則步驟B，包括建立塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程；根據塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程和保存的最優線性控制算法計算出主動控制作動器的最優主動控制力。
5.如權利要求4所述的振動控制方法，其特征在于，所述建立塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程，包括建立塔吊-索塔結構主動振動控制的運動方程 M X+CX + KX = BJJ(T) + EsFifyX (t0) = X0 X(t0) = X0.將運動方程表示為塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程
6.如權利要求5所述的振動控制方法，其特征在于，所述根據塔吊-索塔結構主動振動控制的狀態方程和保存的最優線性控制算法計算出主動控制作動器的最優主動控制力，包括定義性能指標的目標函數 mm J =丄 J"。\_ZT QZ+ Ut RU^it計算主動控制作動器的主動控制力 U (t) = -IT1BtPZ (t)，得出主動控制作動器的最大主動控制力abs|umax| ； 通過優化權矩陣Q和權矩陣R得到主動控制作動器的最優主動控制力； 其中，權矩陣Q和權矩陣R分別為半正定矩陣和正定矩陣；P為Riccati方程-PA-ATP+PBR<BTP-Q = 0 的解。
7.如權利要求6所述的振動控制方法，其特征在于，步驟C包括 當最優主動控制力與速度的方向相同時，主動控制作動器的驅動電壓為零； 當最優主動控制力與速度的方向相反，且最優主動控制力小于最大主動控制力時，選取最優主動控制力作為計算主動控制作動器的驅動電壓的參數；當最優主動控制力與速度的方向相反，且最優主動控制力大于最大主動控制力時，選取最大主動控制力作為計算主動控制作動器的驅動電壓的參數。
全文摘要
本發明公開了一種塔吊-索塔結構耦合振動的振動控制方法，應用于包括附著裝置的塔吊-索塔結構中，其中附著裝置的撐桿固定連接于塔吊和索塔之間，包括步驟采集塔吊-索塔結構耦合振動的激勵響應信號；根據激勵響應信號的位移信息和速度信息、保存的塔吊-索塔結構簡化力學模型和保存的主動振動控制算法計算出撐桿上的主動振動控制裝置的最優主動控制力；根據最優主動控制力和保存的驅動電壓算法計算出主動振動控制裝置的驅動電壓；根據所述驅動電壓驅動主動振動控制裝置對撐桿施加與振動方向相反的主動控制力。采用本發明技術方案可使塔吊-索塔結構在發生耦合振動時保持穩定，減振效果顯著，且智能化程度較高。
文檔編號F16F15/02GK102518743SQ201110455878
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者劉仰清, 曾光, 李宇力, 李耀, 陽云華 申請人:中聯重科股份有限公司