防摇摆控制
防摇摆控制
1. 变频行车性能优越，节能，是发展趋势。起重机防 摇技术一定会得到推广应用。不久的将来每个人都 会说：起重机防摇，那是必须的！ 2. 新技术的推广重在宣传和引导。市场和客户还不了 解新技术带来的好处，新技术也不可能一下子完全 成熟，推广新技术是个艰巨的工作。 3. 促销建议：把“标准防摇控制”定为卫华变频桥机 的标准配置。 4. 制定促销措施，避免业务员不合理加价。
视频3分钟
防摇摆自动定位电气控制系统
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精确防摇摆，精确自动定位
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 双钩，全变频 手动操作防摇摆 自动定位防摇摆
通信总线
主升 变频器 主升 编码器
副升 变频器 副升 编码器
小车 变频器 小车 编码器
大车 变频器 大车 编码器
主升电机
副升电机
使需要起重机设备的各种生产工艺过程实现高度自动化成 为可能
额外好处：
减少起重机的点动操作，延长起重机的使用寿命
提高起重机安全运行速度，因而进一步提高生产效率 易于掌握和操作，减少对操作员工的培训时间，减少操 作员工的工作劳动强度
起重机防摇摆控制：基本方案分二两类
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闭环控制：测量载荷摇摆角度，反馈控制，复杂，很贵， 市场推广困难。
行车防摇摆原理
行车防摇摆原理行车防摇摆原理摇摆是指车辆在高速行驶时产生的左右晃动现象，这不仅会影响行车的稳定性和驾驶舒适度，还可能引发危险的交通事故。
为了解决这一问题，车辆配备了行车防摇摆系统。
本文将深入探讨行车防摇摆的原理，并分享一些对这个系统的观点和理解。
一、基本原理1. 扭转刚度：车辆的扭转刚度指车辆抵抗横向力矩的能力，也可以理解为车辆扭转时所需的力矩。
提高车辆的扭转刚度可以有效减小行车时的摇摆现象。
2. 悬挂系统：悬挂系统是车辆行驶过程中起到缓冲和吸收震动的重要组成部分。
通过合理的悬挂系统设计，可以减小车辆在高速行驶时的晃动。
3. 轮胎特性：轮胎是车辆与道路之间的唯一接触点，其特性对行车防摇摆起着重要的作用。
优质的轮胎能够提供更好的抓地力和稳定性，从而减小摇摆的发生。
二、行车防摇摆系统行车防摇摆系统是一种电子稳定控制系统，通过传感器实时监测车辆的动态参数，并根据预设算法进行相应的调整，以保持车辆在行驶过程中的稳定性。
1. 车身姿态感知：通过重力加速度传感器、陀螺仪、转角传感器等感知车辆的姿态，包括横摆角速度、横向加速度等。
这些参数可以帮助系统判断车辆是否出现摇摆现象。
2. 算法控制：行车防摇摆系统内部有一套复杂的算法，通过实时处理感知到的数据，计算出相应的控制信号，以实现对车辆的稳定控制。
这些算法包括了车辆动力学模型、控制器设计等多方面内容。
3. 刹车干预：在感知到车辆摇摆时，行车防摇摆系统会自动对车辆进行刹车干预，以减小车辆的摇摆幅度。
通过对车轮进行独立的制动，系统可以实现对车辆左右侧不同的制动力，从而使车辆重新恢复稳定。
三、观点和理解对于行车防摇摆系统，我持有以下观点和理解：1. 安全性增强：行车防摇摆系统的存在使车辆在高速行驶时更为稳定，大大提高了行车的安全性。
它可以帮助驾驶员在不稳定的路况下保持控制，减少事故的发生。
2. 舒适性改善：行车防摇摆系统可以减小车辆的摇摆现象，在行车过程中提供更加平稳的驾驶体验，提高驾驶的舒适性。
行车防摇摆的原理是
行车防摇摆的原理是
行车防摇摆的原理主要有两个方面：
1. 动力系统控制：车辆行驶过程中，发动机提供的动力将通过传动系统传递到车轮上，这时由于驱动力的作用，车辆会有一个向前移动的趋势。
如果车辆在行驶过程中突然减速或停车，驱动轮上的驱动力会突然减小或消失，而车辆的惯性力会继续向前推动车身，造成车辆的摇摆。
为了避免这种摇摆情况的发生，车辆上装配了动力系统控制装置，如刹车辅助系统或牵引力控制系统，当检测到车辆减速或停车时，会及时调整驱动力或制动力，来降低车辆的向前推力，减小车辆的摇摆倾向。
2. 悬挂系统设计：车辆行驶过程中，尤其是在转弯时，由于离心力的作用，车身会发生侧倾，这会导致车辆的摇摆。
为了降低这种侧倾和摇摆情况，车辆采用了悬挂系统设计。
悬挂系统一般由弹簧、减震器等组成，它们的作用是吸收和缓解车辆行驶过程中的震动和冲击力，保持车辆的稳定性。
悬挂系统的设计可以根据车辆的需求进行调整，比如调整弹簧的硬度或减震器的阻尼，来使车辆在行驶过程中更加稳定，减小摇摆的发生。
防摇摆控制参考文档
➢ 最早的起重机防摇摆控制系统: 90年代, 美国麻省理工学院为 美国能源部国家实验室核反应 堆实验装置的遥控核起重机研 制安装了防摇摆控制系统。
起重机防摇摆控制：一点发展历史
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➢ 开发防摇摆技术的公司主要有： Innocrane (芬兰，已由科尼收购） SmartCrane (美国USA, 港机) CePlus (德国，已由西门子接收) ABB Seoho (韩国) 卫华（中国）
小车水平 运动位置
载荷水平 运动位置
河南卫华 龚志明
WEI HUA POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
小车水平 运动速度
载荷水平 运动速度
防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用：加速过程
小车加速
（假设加速
时间为零）
起始状态：
小车速度 vc=0 小车
2. 自主研发成功起重机高精度精确自动定位控制 技术，控制精度达2毫米，达国际领先水平。
3. 自主研发成功防摇摆精确自动定位控制技术， 世界首创、填补在此领域中的技术空白。
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防摇摆自动定位电气控制系统
精确防摇摆，精确自动定位
PLC
系统概要：
常规操作
✓ 双钩，全变频
电控电路
✓ 手动操作防摇摆
✓ 自动定位防摇摆
通信总线
主升 变频器
副升 变频器
主升 编码器
小车 变频器
副升 编码器
大车 变频器
小车 编码器
大车 编码器
主升电机
行车防摇摆控制系统(800K)
桥式行车防摇摆控制系统Antisway Control System for Overhead Crane李少彬（瑞钢钢板中国有限公司SSAB APAC，昆山）摘要：行车在运行过程中总是不可避免地造成吊物的摇摆，通常需要非常熟练的行车操作工手动操作控制吊物的摇摆，这也是目前最为常用的做法。
吊物的摇摆会加速机械磨损，增长吊物的转运时间，甚至造成安全事故。
因此多种防摇摆控制策略已经开发多年，防摇摆控制可以自动消除吊物在运行过程中产生的摇摆，可以更快地完成吊物的转运，特别是带有定位功能的自动化行车，防摇摆系统可以使行车的操作变得更高效、更安全。
关键词：防摇摆、高效、安全Abstract: When operating a crane, a state of sway is more natural than a state of equilibrium. A skilled crane operator will eliminate sway manually, and by far this is still the most common solution to the antisway problem. The sway will shorter the mechanical life of the crane and increase the transport time. Even cause safety accident. Antisway strategies of different kinds have been devised for many years. An antisway system may often do the job faster, especially if the antisway is combined with automatic positioning. Key Words: Antisway、Efficient、Safety一、防摇摆理论1.摇摆的产生行车在加减速的过程中，吊物的运动总是落后行车的运动，从而在行车与吊物间形成夹角，在重力的作用下，吊物会形成来回摇摆的现象。
卫华集团起重机电气防摇摆控制技术介绍
卫华集团起重机电气防摇摆控制技术介绍在起重机运行过程中，由于受大小车加减速的影响，载荷会出现令人讨厌的摇摆现象。
这种载荷摇摆现象限制了起重机工作效率的提高。
载荷的摇摆也对载荷本身，周围货物，以及现场作业人员的人身安全造成了隐患。
载荷摇摆是起重机搬运物料时出现的固有现象。
自从人类发明起重机以来，防止和消除起重机载荷的摇摆一直是人们渴望解决的重大技术难题。
现代电气控制技术的进步，特别是应用越来越普遍的先进的可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及变频调速控制技术的进步，提供了解决起重机载荷摇摆问题的一个历史时机。
摇摆和振动有着相同的物理特性。
防摇摆（或称减摇）同机械系统的减振在理论上有着相同之处。
机械系统的减振是个已经研究了上百年的重要技术课题。
50~60年代，O.J.M. Smith（美国加州大学伯克利分校University o California–Berkeley的终身教授），从控制理论着手，提出了一个非常简单，非常有效的Posicast（输入延时比例叠加）控制方法，用于消除二阶线性系统阶跃响应的超调（参考材料【1】和【2】）。
Posicast控制方法为解决机械系统的减振问题提供了一个新的路径。
美国麻省理工学院（MIT）教授W. Seering, N.C. Singer, G. Cook 等在Posicast控制方法的基础上进一步提出了输入整形（Input Shaping）控制方法，并实际应用于机械系统的减振，如：导弹发射架的运动控制，航天飞船方位移动的运动控制，柔性机械手（机器人）的运动控制，计算机硬盘的减振和减噪音等（参考材料【3】回顾了基于Posicast的基本思想进一步提出的各种控制理论和应用）。
Posicast控制方法可消除因需要机械机构快速运动而引起的低频低阻尼的振荡。
此方法应用于针对起重机载荷的防摇摆控制极为适用。
熟练的起重机操作工人在长期的实际操作中，摸索出了一套控制大小车速度，称作“跟钩”的操作方法来消除载荷的摇摆。
防摇摆控制
防摇摆控制技术推广
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1. 变频行车性能优越，节能，是发展趋势。起重机防 摇技术一定会得到推广应用。不久的将来每个人都 会说：起重机防摇，那是必须的！
2. 新技术的推广重在宣传和引导。市场和客户还不了 解新技术带来的好处，新技术也不可能一下子完全 成熟，推广新技术是个艰巨的工作。
3. 促销建议：把“标准防摇控制”定为卫华变频桥机 的标准配置。
小车 变频器
小车 编码器
大车 变频器
大车 编码器
主升电机
副升电机
小车电机
大车电机
可选用不同品牌的变频器： 施耐德，西门子，ABB，三菱，SEW 安川，台达，汇川，等
河南卫华 龚志明
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普通桥式起重机防摇摆电气控制系统 精确防摇摆，减摇95%以上
PLC
常规操作 电控电路
系统概要： ✓ 大小车变频 ✓ 双钩 ✓ 无自动定位
通信总线
主起升 副起升 编码器 编码器
小车 变频器
主起升 电机
副起升 电机
小车电机
大车 变频器
大车电机
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变频车安装防摇摆控制系统 需要增加的主要电气元件 精确防摇摆，减摇95%以上
PLC
通信总线
主起升 编码器
副起升 编码器
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对防摇要求不高的行车：新的防摇控制方案 标准防摇摆，减摇90%以上
小车水平 运动位置
载荷水平 运动位置
河南卫华 龚志明
WEIHUA POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
小车水平 运动速度
载荷水平 运动速度
防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用：加速过程
行车防摇摆控制系统(800K)
桥式行车防摇摆控制系统Antisway Control System for Overhead Crane李少彬（瑞钢钢板中国有限公司SSAB APAC，昆山）摘要：行车在运行过程中总是不可避免地造成吊物的摇摆，通常需要非常熟练的行车操作工手动操作控制吊物的摇摆，这也是目前最为常用的做法。
吊物的摇摆会加速机械磨损，增长吊物的转运时间，甚至造成安全事故。
因此多种防摇摆控制策略已经开发多年，防摇摆控制可以自动消除吊物在运行过程中产生的摇摆，可以更快地完成吊物的转运，特别是带有定位功能的自动化行车，防摇摆系统可以使行车的操作变得更高效、更安全。
关键词：防摇摆、高效、安全Abstract: When operating a crane, a state of sway is more natural than a state of equilibrium. A skilled crane operator will eliminate sway manually, and by far this is still the most common solution to the antisway problem. The sway will shorter the mechanical life of the crane and increase the transport time. Even cause safety accident. Antisway strategies of different kinds have been devised for many years. An antisway system may often do the job faster, especially if the antisway is combined with automatic positioning. Key Words: Antisway、Efficient、Safety一、防摇摆理论1.摇摆的产生行车在加减速的过程中，吊物的运动总是落后行车的运动，从而在行车与吊物间形成夹角，在重力的作用下，吊物会形成来回摇摆的现象。
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起始状态： 小车速度 vc=V 小车
vc=V/2
vc=V/2
载荷 起始状态： 载荷速度 vm=V vm=V 最大摆角时 vm=V/2 v2=0 v2=0
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防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
还有其他各种控制小车速度的方法来防摇，例如：
小车： vc=0 加速 vc=V 匀速 vc=V 减速 vc=0 停止 vc=0 加速 vc=V 匀速
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打过一次交道 便是永远朋友
起重机防摇摆及
防摇摆自动定位控制系统
河南卫华重型机械股份有限公司 龚志明
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每台起重机都有载荷摇摆问题！
集装箱起重机的防摇定位
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每台起重机都有载荷摇摆问题！
车间的各种行车的防摇定位
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起重机防摇摆控制：一点发展历史
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防摇摆自动定位电气控制系统
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精确防摇摆，精确自动定位
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 双钩，全变频 手动操作防摇摆 自动定位防摇摆
通信总线
主升 变频器 主升 编码器
副升 变频器 副升 编码器
小车 变频器 小车 编码器
大车 变频器 大车 编码器
主升电机
副升电机
摇摆即振动，减摇即减振。机器的减振问题是个 已经研究了几十年，甚至几百年的大课题。
最早的起重机防摇摆控制系统: 90年代, 美国麻省理工学院为 美国能源部国家实验室核反应 堆实验装置的遥控核起重机研 制安装了防摇摆控制系统。
起重机防摇摆控制：一点发展历史
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开发防摇摆技术的公司主要有：
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新的防摇控制方案，变频车安装防摇摆控制系统 需要增加的主要电气元件 标准防摇摆，减摇90%以上
PLC
通信总线
PLC控制器和通信总线应该是必不可少的器件了 可选用有更好性价比的器件（长远任务）
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防摇摆控制系统 功能模块（控制程序）
1. 防摇摆控制系统标准配置基本功能模块 2. 手动标准防摇摆控制功能模块
控制器 动力驱动 大车小车 运行速度 载荷运动 摇摆角
摇摆角测量
开环控制：只需控制大小车的运行速度，简单有效，市 场推广有潜力。
控制器 动力驱动 大车小车 运行速度 载荷运动 摇摆角
起重机防摇摆控制系统示意图（开环控制）
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编码器 PLC 变 频 器 小车 大车
电气电路
操作设备 载荷
小车电机
大车电机
防摇摆自动定位电气控制系统
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精确防摇摆，精确自动定位
PLC
常规操作 电控电路
通信总线
主升 变频器 副升 变频器 小车 变频器 大车 变频器
主升 编码器
副升 编码器
小车 编码器
大车 编码器
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小车电机
大车电机
可选用不同品牌的变频器： 施耐德，西门子，ABB，三菱，SEW 安川，台达，汇川，等
使需要起重机设备的各种生产工艺过程实现高度自动化成 为可能
额外好处：
减少起重机的点动操作，延长起重机的使用寿命
提高起重机安全运行速度，因而进一步提高生产效率 易于掌握和操作，减少对操作员工的培训时间，减少操 作员工的工作劳动强度
起重机防摇摆控制：基本方案分二两类
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闭环控制：测量载荷摇摆角度，反馈控制，复杂，很贵， 市场推广困难。
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POSICAST控制方法：消除阶跃响应的超调
O.J.M. Smith (U. Calif. Berkeley 终身教授) 50年代 提出POSICAST控制方法： 输入
输出
二阶线性系统响应（单频阻尼振动）
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
载荷水平 运动位置 小车水平 运动位置
1. 变频行车性能优越，节能，是发展趋势。起重机防 摇技术一定会得到推广应用。不久的将来每个人都 会说：起重机防摇，那是必须的！ 2. 新技术的推广重在宣传和引导。市场和客户还不了 解新技术带来的好处，新技术也不可能一下子完全 成熟，推广新技术是个艰巨的工作。 3. 促销建议：把“标准防摇控制”定为卫华变频桥机 的标准配置。 4. 制定促销措施，避免业务员不合理加价。
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
载荷水平 运动速度 小车水平 运动速度
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防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
小车加速 （假设加速 时间为零）
小车加速 （假设加速 时间为零）
POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用：加速过程
小车匀速运行 小车匀速运行
载荷 vm=0 vm=0 vm=V/2 vm=V/2
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vm=V
vm=V
起重机载荷摇摆特能分析：近似简单单摆
小车 vc ac
sin , cos 1 v L vm vc cos L c a a L
m c
L
载荷
θ
m a L mgsin dL c
n
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1
载荷摇摆幅值衰减：exp(- t/τ)
τ : 载荷摇摆幅值衰减时间常数
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起重机载荷摇摆系统分析
=？
实际起重机载荷的摇摆特性比简单单摆要复杂得多。 更好的起重机防摇摆控制方法一直在摸索研究。
PLC
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标准防摇摆，减摇90%以上
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 大小车变频 手动操作防摇摆 无自动定位 通信总线
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大车 变频器
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普通桥式起重机防摇摆电气控制系统
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精确防摇摆，减摇95%以上
PLC 常规操作 电控电路 系统概要： 大小车变频 双钩 无自动定位
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变频车安装防摇摆控制系统 需要增加的主要电气元件 精确防摇摆，减摇95%以上
选择 1
2
精确防摇控制
1.基本功能模块 2.标准防摇模块 3.精确防摇模块 4.点动防摇模块
1.基本功能模块 2.标准防摇模块 3.精确防摇模块 4.点动防摇模块 5.防摇定位控制模块 6.专用应用控制程序 根据用户要求配置
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3
防摇自动定位控制
4
特殊防摇控制系统
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防摇摆控制技术推广
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河南卫华防摇摆自动定位控制系统
1. 自主研发成功防摇摆控制技术，使起重机载荷 摇摆的幅度减少95%以上（实测摇摆角小于0.2 度），达国际领先水平。
2. 自主研发成功起重机高精度精确自动定位控制 技术，控制精度达2毫米，达国际领先水平。
3. 自主研发成功防摇摆精确自动定位控制技术， 世界首创、填补在此领域中的技术空白。
起始状态： 小车速度 vc=0 小车
vc=V/2
vc=V/2
vc=V/2
vc=V
载荷 起始状态： 载荷速度 vm=0 vm=0 最大摆角时 vm=V/2 vm=V vm=V
防摇控制（开环）基本方法：控制大小车速度
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POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用：减速过程
小车减速 （假设减速 时间为零） 小车匀速运行 小车减速 （假设减速 时间为零） vc=V/2 vc=0 小车匀速运行
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打过一次交道 便是永远朋友
谢谢！
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Innocrane (芬兰，已由科尼收购）
SmartCrane (美国USA, 港机)
CePlus (德国，已由西门子接收)
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安装防摇摆控制系统的好处
主要好处： 可大幅度地提高起重机使用的生产效率，提高起重机使用 的安全性，降低货物损坏及人员受伤害的风险
3. 手动精确防摇摆控制功能模块
4. 点动防摇摆控制功能模块 5. 半自动防摇摆自动定位控制功能模块（根据要求开发） 6. 全自动防摇摆自动定位控制功能模块（根据要求开发） 7. 特殊控制功能模块，如同步控制等（根据要求开发）
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防摇摆控制系统配置选择汇总
名称 标准防摇控制 控制软件模块 1.基本功能模块 2.标准防摇模块 主要硬件 1.大小车变频 2.PLC及通信总线 1.大小车变频 2.PLC及通信总线 3.起升编码器 1.大小车变频 2.PLC及通信总线 3.起升编码器 4.大小车编码器 5.起升变频 根据用户要求配置 根据用 户要求 开发专 用应用 控制程 序 备注
dL m g m a m L c
ωd σ
α
vm am f =mg sinθ + d Lθ’ f =m am
F=mg
d g 1 ac m L L 2 2 Ka n n c