СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

На примере перемещения груза мостовым краном по одной горизонтальной оси рассматриваются вопросы измерения параметров угловых движений грузового каната грузоподъемных машин с подвешенным грузом для построения системы автоматического управления перемещением груза. В угловом движении грузового каната выделяют две составляющие. Первая относится к свободным маятниковым колебаниям груза, вызванным переходными процессами.

Она необходима системе управления для формирования управляющих воздействий, направленных на гашение этих колебаний. Вторая составляющая определяется внешней силой, действующей на груз, например ветер. При постоянной внешней силе и отсутствии колебательных движений

это приводит к апериодическому отклонению грузового каната от вертикали. Необходимость информации об этой составляющей определяется требованием компенсации перемещения груза при его позиционировании относительно целевой точки доставки, а также вопросами безопасности.

В качестве источников информации предлагается использовать микромеханический совмещенный датчик, включающий акселерометры и датчики угловой скорости и расположенный на грузовом канате около точки крепления последнего на подъемном механизме крана. Также используется информация о линейном ускорении тележки крана. Предложено в качестве такой информации использовать оценку указанной переменной, построенной на основе апериодического звена.

Для оценивания указанных составляющих углового движения грузового каната, а также его угловой скорости предлагается использовать комплементарный фильтр, или фильтр Калмана. Отличительным свойством такого решения от широко используемого метода расширенного фильтра Калмана является глобальная сходимость оценок. Это повышает практическую ценность предложенного подхода. Приведены примеры компьютерного моделирования.

Патент № 165672 U1 Российская Федерация. Устройство для измерения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали: № 2016110262/11: заявл. 21.03.2016: опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30 / Щербаков В.С., Корытов М.С.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Патент № 2431596 C1 Российская Федерация. Устройство для измерения угла наклона канатов при сдвоенном полиспасте: № 2010110938/11: заявл. 23.03.2010: опубл. 20.10.2011, Бюл. № 29 / Твердохлебов Н.Ф., Кравченко О.А.

Патент № 197689 U1 Российская Федерация. Устройство мониторинга положений канатов грузовой тележки башенного крана: № 2019134314: заявл. 26.10.2019: опубл. 21.05.2020, Бюл. № 15 / Боушев В.Ю.

Патент № 2346879 С2 Российская Федерация. Устройство для измерения угла наклона каната грузоподъемной машины (варианты): № 2007102553/11: заявл. 23.01.2007: опубл. 20.02.2009, Бюл. № 5 / Коровин В.А., Коровин К.В.; заявитель и патентообладатель ООО «Научно-производственное объединение «Резонанс».

A load position observer for cranes with gyroscope measurements / U. Schaper, C. Sagert, O. Sawodny, K. Schneider // IFAC Proceedings. – 2001. – Vol. 44 (1). – P. 3563–3568. – DOI: 10.3182/20110828-6-it-1002.01456.

Kalmari J., Hyyti H., Visala A. Sway estimation using inertial measurement units for cranes with a rotating tool // IFAC Proceedings. – 2013. – Vol. 46 (10). – P. 274–279. – DOI: 10.3182/20130626-3-AU-2035.00050.

Патент № 2676210 C1 Российская Федерация. Устройство и способ управления раскачиванием груза, подвешенного на подъемном устройстве: № 2016125496: заявл. 06.11.2014: опубл. 26.12.2018, Бюл. № 36 / Саварези С.М., Винати Ф., Винати С., Винати Ф., Винати М., Винати М., Винати Д.; заявитель и патентообладатель Винати С.Р.Л.

Rauscher F., Nann S., Sawodny O. Motion control of an overhead crane using a wireless hook mounted IMU // 2018 Annual American Control Conference (ACC). – Milwaukee, WI, USA, 2018. – P. 5677–5682. – DOI: 10.23919/ACC.2018.8431170.

Helma V., Goubej M., Šetka V. Inertial measurements processing for sway angle estimation in overhead crane control applications // 2021 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM). – Delft, Netherlands, 2021. – P. 618–623. – DOI: 10.1109/AIM46487.2021.9517390.

Helma V., Goubej M. Active anti-sway crane control using partial state feedback from inertial sensor // 2021 23rd International Conference on Process Control (PC). – Strbske Pleso, Slovakia, 2021. – P. 137–142. – DOI: 10.1109/PC52310.2021.9447485.

Krener J. The convergence of the extended Kalman filter // Directions in mathematical systems theory and optimization. – Springer, 2003. – P. 173–182.

Круглов С.П., Ковыршин С.В. Идентификационное скоростное управление мостовым краном с сокращенной моделью переноса груза // Проблемы управления. – 2023. – № 4. – С. 28–37. – DOI: 10.25728/pu.2023.4.3.

Круглов С.П., Аксаментов Д.Н. Адаптивное управление мостовым краном по скорости перемещения тележки // Доклады ТУСУР. – 2022. – Т. 25, № 1. – С. 86–92. – DOI: 10.21293/1818-0442-2021-25-1-86-92.

Акселерометр и гироскоп MPU6050: первое включение на STM32 и исследование показаний в статике / В.А. Жмудь, К.А. Кузнецов, Н.О. Кондратьев, В.Г. Трубин, М.В. Трубин // Автоматика и программная инженерия. – 2018. – № 3 (25). – С. 9–22.

Круглов С.П., Ковыршин С.В., Буторин Д.В. Способ идентификационного управления мостовым краном с новым расположением совмещенного датчика линейного ускорения и угловой скорости // Проблемы управления. – 2024. – № 4. – С. 61–73. – DOI: 10.25728/pu.2024.4.5.

Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2007. – 400 с.

Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учебное пособие. – СПб.: Корона Принт, 2010. – 320 с.

ООО «Зетек технологии»: сайт. – URL: https://www.servosystem.ru/catalog/servotekhnika_i_servoprivod/ (дата обращения: 05.02.2026).