关键词：塔式起重机；智能防摆控制技术；研究分析
1 智能电子防摆技术
随着科技的发展，电子防摆作为新兴的防摇措施，通过将减摆和小车运行结合起来，控制输入力达到降低摇摆的效果，使减摇脱离了司机的操作经验，实现自动化控制。
例如，南开大学科研团队在“塔式吊车”研究领域已经取得重大突破，研发的塔式起重机电子防摆控制系统由传感器、可编程控制器、驱动装置及塔式起重机系统组成，通过可编程控制器对各种传感器和检测元件检测到的信息，如吊具前后摆动的角度和角速度，进行处理后，将最佳的控制参数提供给小车调速系统即驱动装置，控制小车的运行方向和速度，将吊具及载荷的摆动角度限制到最小，达到防摆和消摆的目的。起重机吊重防摇控制系统需要现场准确提供状态变量空间中的小车位置、小车速度、吊重摆角和吊重摆角角速度等信息。由于起重机小车与吊重的柔性联结特点，对吊重摆角和摆角角速度信息测量就一直成为工程中有待解决的难题，吊重摆角和摆角角速度测量技术也成为吊重防摇控制系统的关键技术之一。
2 大型起重机智能化控制现状
随着近年来我国工业与建筑业生产规模的不断扩大，以及自动化程度的提高，起重机作为施工过程中的重要设备，因为工作效率很高，且使用范围很广以及安装和拆卸比较简便等优势，在现代化生产过程中发挥了至关重要的作用，人们对起重机的要求也越来越高，大型起重机的发展趋势是轻型化、多样化、智能化、系统化以及实用化。目前，我国部分企业在起重机的智能控制技术方面做了大量研究，完成了起重机工作数据记录器、远程故障诊断、电子监控智能终端等系统设计。要想快速发展我国的工业和建筑业，起重机的智能控制技术必不可少。
3 基于遗传算法的起重机模糊控制
3.1 模糊控制
模糊控制实质上是一种非线性控制，既有系统化的理论，又有大量的实际应用背景，其基本思想是把人对起重器控摆的过程策略转化成一定的控制规则，利用系统化的理论推理，作用于起重机中。模糊控制从属于智能控制方法中的一种，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。
3.2 模糊控制与传统控制的区别
首先，在传统的控制领域里，复杂的系统由于变量较多，往往不能准确描述系统的动态。虽然工程师也利用各种方法进行控制，但是效果往往不明显，严重的甚至丧失处理复杂性和不确定性问题的能力。然而，模糊控制不仅对明确的系统具有较强而有力的控制能力，对于过于复杂或难以精确的系统的处理能力也很强。其次，传统的控制系统必须通过数学模型得出数据才能设计出合适的控制器，这种方法不能离开数学模型进行工作。而模糊控制则不需要依赖数学模型也可以进行工作。
4 塔式起重机智能防摆控制技术
4.1 机械防摆一般采取的措施
4.1.1 交叉钢丝绳防摆
为了提高起重机智能防摆技术，应顺应起重机小车的运行方向，在运行架上设置两组交叉的防摆钢丝绳和驱动装置，这样一来钢丝绳索在驱动装置的作用下产生一定张力，在一定的起吊载荷操作下能够有效控制吊物摆动。
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4.1.2 加大小车处钢绳的出绳角度
加大小车处钢绳的出绳角度的操作方法较为简单，其成本投入少，操作方法是在起重机吊具的4个角上，将钢丝绳引出形成倒八字的固定结构。当起重机水平移动吊物时，由于倒八字绳索的结构左右受力，吊物摆动将得到很好控制，这也是最常见的一种起重机防摆技术应用。
4.1.3 分离小车式防摇摆
起重机小车活动时，在小车架机构采用滚动轴承，两组小车在驱动系统控制下渐渐向两侧分离，使绳索呈现V形，增加绳索对吊物的固定性，一定程度上可以控制负载摆动。当活动将要结束时，小车会自然靠拢。但是这种方式结构较为复杂，更容易产生漏洞且加大小车的负荷重量。
4.1.4 跷板式防摇摆
跷板式防摇摆装置是通过在起重机上安装液压缓冲缸和跷板梁，使小车在运动加速的情况下，由于惯性作用，承载物会沿着小车运动的相反方向摆动，这样使得跷板梁向一侧偏斜，而安装液压缓冲缸的作用就是吸收起偏斜的能量。即使载物在摆动过程中撞击阻碍相反方向摆动也会自主的改变方向，不管在何种状况下只要使跷板梁向一侧偏斜，液压缸都会吸收全部能量，有效控制吊物摆动幅度，并且这种方法实用且操作简单，但是组织结构较为复杂。
4.2 电气防摇摆措施
目前，塔式起重机电气防摇摆系统的发展随着不同种类的控制器、变频技术的应用也得到了长足稳定发展。电气防摇摆控制系统的原理是对小车运动与吊物运动中形成的夹角进行测量计算。通过加减速进行控制吊物的摆动，经过不断实验，当小车达到某一速度或静止不动时，吊物与吊架的夹角基本呈垂直状态，吊物的摆动幅度较小将成功消除摆动问题。我国在众多的电气防摇摆控制技术中应用最多的是借助开环控制系统和闭环控制系统，相比之下开环控制系统较为方便，开环控制系统又称无反馈控制系统，是指一个输出只受系统输入控制，没有反馈回路的系统，在活动时无需每次反复测量吊架与吊物之间的角度，只需利用统计好的数据控制起重机便可，这种系统输入直接控制输出，装置较为简单，成本低，具有良好的稳定效果。闭环控制系统是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统，相比开环控制系统工作程序要复杂一些，施工人员要测量摆角，虽然准确率高，但是控制操作复杂，投入成本较高。因此塔式起重机多采用开环控制系统，只要设置精准的数据，接下来的工作便能够高效地将数据传输给变频器，提高防摆效果。
一般来说，在行车加减速的过程中，由于行车速度总是优先于吊物运动速度，行车与吊物之间形成夹角，在重力作用下形成摆动现象。电气控制摇摆的方法就是利用这个原理，先统计小车与吊物之间夹角角度，通过测量工具计算钢绳长度，然后通过计算摆动周期等使小车在特定距离减速行驶。通过反复快速调整小车运动速度，平衡行车与吊物的速度，使吊物绳索的中心与荷载物中心位置在一条直线上，消除之间的夹角产生，便可有效消除偏摆问题，使吊物平稳快速运行。
4.3 电气防摇技术的现状和发展
目前我国电气防摇技术已经利用模糊控制、神经网络控制等技术，当模糊控制应用于起重机实际工作时需要根据实际经验建立一个规则库，在小车运动时增加稳定性、精确性。模糊神经控制系统是利用神经网络不断学习优化模糊控制规则和相应的隶属度函数，将专业知识分散到各个神经网络中，这种模糊系统提高了自主学习能力、优化能力，大大提高了控制系统的效率。但是这项技术我国相关研究人员仍需要依靠大量数据和理论模型来实现，工作人员应不断吸取经验，不断带动我国这项技术发展，造福于社会。
5 结语
我国起重机的智能防摆技术研究仍需要不断与时俱进，通过分析塔式起重器吊物摆动现象的原因，基于遗传算法的起重机模糊控制，提出可行性的塔式起重机智能防摆控制技术。如交叉钢丝绳防摆、加大小车处钢绳的出绳角度、跷板式防摇摆、电气防摇摆措施。
参考文献：
[1]李志勇，曹旭阳，戴恒震，等.三维桥式起重机分层滑模轨迹跟踪防摆控制[J].起重运输机械，2016（11）：46-53.
论文作者:廖裕丰
论文发表刊物:当代电力文化》2019年第19期
论文发表时间:2020/4/23
标签：起重机论文; 小车论文; 控制系统论文; 模糊论文; 技术论文; 系统论文; 开环论文; 当代电力文化》2019年第19期论文;