一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法与流程

本发明涉及港口起重机智能控制，尤其是一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法。

背景技术：

1、随着港口作业向多货种、高效率方向发展，集装箱与散货混用起重机日益普及。此类起重机通过快换装置可在同一台设备上快速更换集装箱吊具或散货抓斗等不同属具，以适配多变的作业任务。然而，不同属具的物理特性差异显著，其对应的控制参数也需随之调整，否则将导致定位精度下降、摆动抑制失效甚至冲击载荷。

2、现有技术中，工程实际中普遍采用预存参数集与固定时长过渡相结合的切换策略，即在检测到属具更换后，将控制器参数从当前模态的预设参数集，按照预设的固定速率或固定时间逐步过渡至目标模态的标称参数集。这种方式存在固有局限：其一，固定过渡时长无法兼顾安全与效率，若过渡过快，则参数阶跃效应可能激发机械震荡甚至损坏快换结构，若过渡过慢，则设备长时间处于非最优控制状态，降低作业效率。其二，预存参数基于属具出厂标称状态，而实际使用中属具会因粘附物料、结构磨损、变形等因素导致其真实物理特性偏离标称值，此时直接切换至标称参数集可能导致控制失稳或性能恶化。其三，现有方案缺乏对属具实际连接间隙、系统阻尼等动态特性的感知手段，无法在切换前评估当前系统的真实安全状态，更不具备根据偏差程度自适应调节过渡进程的能力。

3、因此，亟需一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，包括以下步骤：

2、获取属具物理更换完成信号；

3、根据所述属具物理更换完成信号，生成一幅值受限的测试激励信号，并将所述幅值受限的测试激励信号施加于起重机的一执行器，其中，所述幅值受限的测试激励信号的幅值被限制为使得由该信号引起的机构位移量小于属具连接装置的当前真实物理间隙值，以在无冲击载荷条件下激发被控系统的动力学响应；

4、在施加所述幅值受限的测试激励信号的过程中，采集所述执行器的实际响应数据，并根据所述实际响应数据获取实际动力学响应特征；

5、根据所述属具物理更换完成信号获取新属具的预存静态参数，并根据所述预存静态参数构建理想动力学模型，进而根据所述幅值受限的测试激励信号和所述理想动力学模型获取理论动力学响应特征；

6、根据所述实际动力学响应特征和所述理论动力学响应特征获取有效偏差指数，所述有效偏差指数用于表征所述被控系统当前真实动力学特性与所述理想动力学模型之间的偏差程度；

7、根据所述有效偏差指数，动态调节控制参数从当前模态对应的第一控制参数集向目标模态对应的第二控制参数集进行过渡的进程，以完成控制模态的自适应无扰切换。

8、进一步的，本发明还公开了一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换系统，包括：

9、第一获取模块，用于获取属具物理更换完成信号；

10、生成模块，用于根据所述属具物理更换完成信号，生成一幅值受限的测试激励信号，并将所述幅值受限的测试激励信号施加于起重机的一执行器，其中，所述幅值受限的测试激励信号的幅值被限制为使得由该信号引起的机构位移量小于属具连接装置的当前真实物理间隙值，以在无冲击载荷条件下激发被控系统的动力学响应；

11、采集模块，用于在施加所述幅值受限的测试激励信号的过程中，采集所述执行器的实际响应数据，并根据所述实际响应数据获取实际动力学响应特征；

12、处理模块，用于根据所述属具物理更换完成信号获取新属具的预存静态参数，并根据所述预存静态参数构建理想动力学模型，进而根据所述幅值受限的测试激励信号和所述理想动力学模型获取理论动力学响应特征；

13、第二获取模块，用于根据所述实际动力学响应特征和所述理论动力学响应特征获取有效偏差指数，所述有效偏差指数用于表征所述被控系统当前真实动力学特性与所述理想动力学模型之间的偏差程度；

14、控制模块，用于根据所述有效偏差指数，动态调节控制参数从当前模态对应的第一控制参数集向目标模态对应的第二控制参数集进行过渡的进程，以完成控制模态的自适应无扰切换。

15、本申请的有益效果为：

16、其一，本发明通过在线标定属具连接装置的当前真实物理间隙，并以此为约束生成幅值受限的测试激励信号，使得探测过程中机构位移始终控制在间隙范围内，避免销轴与孔壁发生刚性碰撞，在零冲击载荷条件下获取系统响应数据，从根本上保障了切换前特性探测的本质安全。

17、其二，本发明基于测试激励下实际响应与理想模型之间的有效偏差指数，动态生成过渡速率，偏差越小则过渡越快，偏差越大则过渡越缓，从而在确保安全性的前提下最大程度压缩切换耗时，消除了固定时长模式下的安全冗余浪费或时间不足风险，实现安全与效率的自动平衡。

18、其三，本发明中，在过渡完成后，通过预设空载运动序列，利用递推最小二乘法在线辨识出等效总惯量，进而解算属具的真实质量、重心位置及摆动阻尼系数，并基于真实物理模型利用线性二次型调节器求解最优控制参数，使控制系统能够实时适配当前属具的实际状态，长期保持最优控制性能。

1.一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述生成一幅值受限的测试激励信号，进一步包括：

3.根据权利要求1所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述根据所述实际动力学响应特征和所述理论动力学响应特征获取有效偏差指数，具体包括：

4.根据权利要求1所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述根据所述有效偏差指数，动态调节控制参数从当前模态对应的第一控制参数集向目标模态对应的第二控制参数集进行过渡的进程，具体包括：

5.根据权利要求1所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述根据所述有效偏差指数，动态调节控制参数从当前模态对应的第一控制参数集向目标模态对应的第二控制参数集进行过渡的进程，还包括：

6.根据权利要求5所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，在所述控制模态的自适应无扰切换完成后，还包括：

7.根据权利要求6所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述至少根据所述等效总惯量获取所述新属具的一组真实物理参数，并根据该组真实物理参数求解出一组最优控制参数，进一步包括：

8.根据权利要求1所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述幅值受限的测试激励信号被具体实施为：

9.根据权利要求1所述的集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换方法，其特征在于，所述获取属具物理更换完成信号，具体包括：

10.一种集装箱与散货混用起重机的多模态自适应切换系统，其特征在于，包括：