專利名稱：起重機精確自動定位控制系統及方法
技術領域：
本發明屬于運行機械的定位自動控制技術領域，涉及一種起重機精確自動定位控制系統及方法。
背景技術：
因生產工藝需要，各種工業用起重機常要求具有精確自動定位控制功能。目前起重機的精確自動定位控制一般采用伺服控制的方案。如圖1所示，伺服控制系統需要由主令控制器11，伺服控制器12，放大驅動器13，伺服電機14，執行機構15，位置傳感器16，等組成。在伺服控制系統中，每個時刻都要產生機械運行機構的目標位置。在機械運行機構的運行過程中，伺服控制器每時每刻根據目標位置和實際位置的測量反饋進行調整控制。 為保證機械運行機構在運行過程中每時每刻都在指定的目標位置上，伺服控制系統中實際位置的測量反饋及對伺服電機的控制一般需要高達500 Hz以上的控制更新頻率。各種精密機床的運動控制是典型的伺服控制的應用例子。然而，在定位控制的許多實際工業應用中，如軌道機車，多層電梯，起重機等，我們只要求機械運行機構在運行后的停止位置上實現精確自動定位，而在運行過程中，除了運行速度的平滑穩定，對機械運行機構的動態位置精度沒有太高的要求。在這些應用中，許多控制系統的位置測量反饋和控制更新頻率比伺服系統的控制更新頻率要低得多。例如， 用可編程控制器(PLC)作為反饋控制時，可編程控制器的控制更新頻率一般在50 Hz以下， 遠遠低于伺服系統的控制更新頻率。由于伺服控制系統復雜，價格昂貴，在許多自動定位控制應用中，特別是起重機的精確自動定位，希望有更經濟合理的精確定位控制系統替代伺服控制系統。
發明內容
本發明的目的是提供一種起重機精確自動定位控制系統和控制方法，以解決現有起重機的定位控制中伺服控制系統復雜，對控制器及電機精密度要求高的問題。為實現上述目的，本發明一種起重機精確自動定位控制系統，包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機和執行機構，該執行機構上設有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執行機構的位置信號。本發明的起重機精確自動定位控制方法，利用可編程控制器作為起重機執行機構的位置反饋控制器，根據系統更新周期、目標停止位置和執行機構當前位置信息，計算得到當前減速度和該周期的目標控制速度，并在下一周期重新計算減速度和目標控制速度，直到控制執行機構精確地到達指定的目標停止位置。進一步的，所述控制方法的具體步驟如下
(1)主令控制器向可編程控制器發送執行機構的目標停止位置信息；
(2)可編程控制器接收主令控制器發送的執行機構的目標停止位置信息和位置傳感器反饋的執行機構實際運行位置；(3)可編程控制器根據目標位置和實際運行位置計算得到執行機構離目標停止位置的距離，并計算出執行機構的減速度；
(4)可編程控制器根據更新周期和運行機構的減速度得到運行機構的目標控制速度； 并將該目標控制速度傳給變頻器；
(5 )變頻器和電機驅動執行機構，使執行機構精確地到達指定的目標停止位置。進一步的，所述步驟(3)中執行機構的減速度A的計算公式為A=KV2/D，其中V為執行機構的當前運行速度，D為執行機構當前位置離目標位置的距離，K為調整系數。進一步的，所述調整系數K的范圍為0.5 Γ<1.5。進一步的，所述步驟(4)中執行機構目標控制速度Vn的計算公式為=Vn=Vlri-A ·τ， 其中Vlri為可編程控制器在上一次控制更新時計算得到的運行機構的目標速度，T為可編程控制器的控制更新周期。本發明的起重機精確自動定位控制系統和控制方法，用可編程控制器作為反饋控制時，不需要生成執行機構在運行過程中動態的目標位置，可編程控制器根據目標停止位置和反饋的執行機構位置信息，直接計算出執行機構的實時目標速度，并通過變頻器和電機的驅動，控制執行機構精確地到達指定的目標停止位置。系統中所用電機為普通電機，且系統對可編程控制器的更新頻率要求不高，整個系統結構簡單，價格也更經濟合理。
圖1是現有的伺服控制系統原理圖2是本發明精確自動定位控制系統實施例原理圖； 圖3是運行機構目標速度隨時間變化的示意圖。
具體實施例方式一、起重機精確自動定位控制系統
如圖2所示，本起重機精確自動定位控制系統包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機和執行機構，該執行機構上設有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執行機構的位置信號。二、起重機精確自動定位控制方法
本起重機精確自動定位控制方法，利用可編程控制器作為起重機執行機構的位置反饋控制器，根據系統更新周期、目標停止位置和執行機構當前位置信息，計算得到當前減速度和該周期的目標控制速度，并在下一周期重新計算減速度和目標控制速度，直到控制執行機構精確地到達指定的目標停止位置。具體的控制方法具體步驟如下
(1)主令控制器向可編程控制器發送執行機構的目標停止位置信息；
(2)可編程控制器接收主令控制器發送的執行機構的目標停止位置信息和位置傳感器反饋的執行機構實際運行位置；
(3)可編程控制器根據目標位置和實際運行位置計算得到執行機構離目標停止位置的距離，并計算出執行機構的減速度；
(4)可編程控制器根據其控制更新周期和運行機構的減速度得到運行機構的目標速度；并將該目標速度傳給變頻器；
(5 )變頻器和電機驅動執行機構，使執行機構精確地到達指定的目標停止位置。上述方法中可編程控制器根據到達停止目標位置的距離和運行機構的當前速度， 計算出運行機構當前所需的減速度。在計算減速度時，選用合適的計算方案，使運行機構在接近停止目標位置時的減速度和速度一起隨著時間的推移而變得越來越小，以此確保自動定位的精度。下面的公式給出了一種計算減速度的方案A=KV2/D，其中A為減速度，V為當前速度，D為離停止目標位置的距離，K為調整系數。當前速度V可從實際位置反饋中計算得到， 也可根據控制器輸出的控制目標速度進行估算。調整系數K的取值應在0. 5到1. 5之間。 運行機構在接近停止目標位置時的減速度可根據實際應用的需要，通過調整系數K的取值進行調整。調整系數K的取值越大，運行機構在接近停止目標位置時的減速度和速度就越小，自動定位的精度就越高。在這種情況下，運行停止的時間會變得越長。根據運行機構所需的減速度和控制器的控制更新周期計算出運行機構的目標控制速度。控制器更新運行機構目標控制速度的具體計算公式為vn = Vlri-A ·Τ，其中Vn為當前運行機構的目標速度，Vn^1為控制器在上一次控制更新時計算得到的運行機構的目標速度，T為控制器的控制更新周期。圖3給出了運行機構目標速度隨時間變化的示意圖。本控制方法使運行機構從當前位置到達最終停止位置，中間要經過N個周期，這個N值是不定的，與運行機構的速度和離最終停止位置的距離有關。在精確定位控制過程中，要一直到運行機構的速度非常小，運行機構的實際位置(即由位置傳感器反饋得到)同目標停止位置的誤差很小(即小于閾值)時，控制過程才結束，也就使執行機構精確地到達指定的目標停止位置。最后所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限定本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解；依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種起重機精確自動定位控制系統，其特征在于包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機和執行機構，該執行機構上設有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執行機構的位置信號。
2.一種起重機精確自動定位控制方法，其特征在于，利用可編程控制器作為起重機執行機構的位置反饋控制器，根據系統更新周期、目標停止位置和執行機構當前位置信息，計算得到當前減速度和該周期的目標控制速度，并在下一周期重新計算減速度和目標控制速度，直到控制執行機構精確地到達指定的目標停止位置。
3.根據權利要求2所述的起重機精確自動定位控制方法，其特征在于，控制方法的具體步驟如下(1)主令控制器向可編程控制器發送執行機構的目標停止位置信息；(2)可編程控制器接收主令控制器發送的執行機構的目標停止位置信息和位置傳感器反饋的執行機構實際運行位置；(3)可編程控制器根據目標位置和實際運行位置計算得到執行機構離目標停止位置的距離，并計算出執行機構的減速度；(4)可編程控制器根據更新周期和運行機構的減速度得到運行機構的目標控制速度； 并將該目標控制速度傳給變頻器；(5 )變頻器和電機驅動執行機構，使執行機構精確地到達指定的目標停止位置。
4.根據權利要求3所述的起重機精確自動定位控制方法，其特征在于，所述步驟(3) 中執行機構的減速度A的計算公式為A=KV2/D，其中V為執行機構的當前運行速度，D為執行機構當前位置離目標位置的距離，K為調整系數。
5.根據權利要求3所述的起重機精確自動定位控制方法，其特征在于所述調整系數 K的范圍為0.5SifSl.5。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的起重機精確自動定位控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中執行機構目標控制速度Vn的計算公式為=Vn=Vlri-A · T，其中Vlri為可編程控制器在上一次控制更新時計算得到的運行機構的目標速度，T為可編程控制器的控制更新周期。
全文摘要
本發明涉及起重機精確自動定位控制系統及方法，起重機精確自動定位控制系統包括順次控制連接的主令控制器、可編程控制器、變頻器、電機和執行機構，該執行機構上設有位置傳感器，該位置傳感器的輸出連入所述可編程控制器的信號輸入端，用于反饋執行機構的位置信號；本發明用可編程控制器作為反饋控制時，不需要生成執行機構在運行過程中動態的目標位置，可編程控制器根據目標停止位置和反饋的執行機構位置信息，直接計算出執行機構的實時目標速度，并通過變頻器和電機的驅動，控制執行機構精確地到達指定的目標停止位置。系統中所用電機為普通電機，且系統對可編程控制器的更新頻率要求不高，整個系統結構簡單，價格也更經濟合理。
文檔編號B66C13/22GK102502411SQ20111035708
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年8月19日
發明者常玉軍, 王賀, 龔志明 申請人:河南衛華重型機械股份有限公司