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浅析大型履带式起重机双卷扬自由落钩同步控制 　　随着国家现代化建设的步伐逐渐加快，起重机的使用越来越广泛。而且，对起重机的起重能力要求也越来越高，传统的单卷扬小型起重机已经无法满足大型施工的要求。为了增加起重量，大型履带式起重机普遍采用双卷扬单吊钩系统进行作业，这样大大提高了起重机的起重能力和作业安全系数。与此同时，双卷扬系统的同步性问题也就随之出现。双卷扬系统是履带式起重机的最重要子系统之一，其动态特性将直接关系到整机的操作稳定性，尤其是双卷扬的同步性直接决定起重机能否正常作业。就自由落钩过程而言，由于双卷扬机械结构差异及钢丝绳与卷筒间摩擦力不同等因素都会造成两个卷扬的下放旋转速度不同，从而导致吊钩偏置、滑轮损坏、钢丝绳磨损加剧等问题，有时甚至造成安全事故。因此，就必须保证吊钩下落过程中双卷扬的同步性。双卷扬同步控制实质就是控制双卷扬的两卷筒具有相同出绳量，保证吊钩平稳下落，从而实现双卷扬的同步控制。本文在对大型履带式起重机的双卷扬系统分析和研究的基础上，提出了自由落钩的模糊PID控制策略，并通过Matlab仿真证明了该控制方法的有效性和可靠性。 　　1 系统分析 　　1.1 系统结构 　　双卷扬系统的同步控制包括重物的同步提升、下放控制和落钩同步控制。目前，市场上大多数履带式起重机都采用液压系统实现双卷扬的同步提升和下放，本文单就起重机的吊钩下落提出自由落钩方式。 　　所谓自由落钩，即就是吊钩下落时利用电磁阀打开卷扬离合器使减速机与卷筒机脱离，让吊钩下落过程脱离液压系统控制，只借助自身重力带动卷筒下放，下放过程中利用刹车系统对卷筒制动来实现下落速度可控。双卷扬自由落钩系统由两个完全相同的卷扬机构、刹车系统、滑轮组、吊钩、钢丝绳等组成。 　　1.2 同步控制原理 　　双卷扬同步控制的目标就是保证每一时刻两个卷筒具有相等的钢丝绳出绳量，从而实现吊钩平稳下落。就自由落钩同步控制而言，通常有“同步方式”和“主从方式”两种方式。“同步方式”是指两个卷筒同时受到刹车系统控制，使实际下放钢丝绳出绳量与目标设定值行比较，如果超出目标值，刹车制动系统将给予卷筒适当的摩擦减速，从而使双卷扬的钢丝绳出绳量与设定的目标值一致，吊钩平稳下落;而“主从方式”是指将双卷扬系统中一个卷筒作为另一个卷筒的跟踪对象，刹车系统对其中一个卷筒的速度进行适当控制以调节其钢丝绳的出绳量。这里以钢丝绳出绳量较小的卷扬为基准，当两个卷扬卷筒钢丝绳出绳长度差值超过了设定值，将对钢丝绳出绳量较大的卷筒进行适当刹车，保证两个卷筒钢丝绳的输出量在误差范围内相等，以达到吊钩平稳下落的目的。 　　本文采用闭环控制下的主从控制方式，通过传感器对双卷扬下放时卷筒上钢丝绳出绳量进行实时检测，当主卷扬卷筒与副卷扬卷筒出绳量出现偏差时，控制器分析并发出信号以使刹车系统给出动作量，对钢丝绳出绳量较大的卷筒进行制动减速，通过改变卷筒的转速以使两卷扬卷筒的钢丝绳出绳量相等，在误差范围内保证双卷扬实现同步，吊钩平稳下落。 　　2 模糊PID控制器设计 　　2.1 模糊PID控制系统结构 　　双卷扬自由落钩同步模糊PID控制器是将模糊控制器与PID控制器相结合，利用模糊推理的思想，根据每一采样时刻两卷筒的钢丝绳出绳量偏差e 和偏差变化率ec分别对PID参数KP、KI、KD进行在线自动调整。通过对输入变量进行模糊化、近似推理和清晰化后，把得出的修正值输出给控制器，最后得到新的PID参数KP、KI、KD输出给被控对象。 　　2.2 模糊PID的输入输出及模糊化 　　在双卷扬自由落钩同步模糊PID 控制系统中，采用两输入三输出的控制结构，输入为双卷扬的两个卷筒钢丝绳出绳量偏差E和偏差变化率EC，输出为PID增益的调整量Delta; KP、Delta; KI、Delta; KD。定义输入、输出变量的模糊子集均为{NB、NM、NS、ZO、PSHyOFt、PM、PB}，代表的模糊语言{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。 　　2.3 模糊控制规则建立 　　根据模糊PID 控制参数整定原则和技术人员对双卷扬同步控制的经验，制定Delta;KP、Delta;KI、Delta;KD三个参数整定的模糊规则表如表1 所示。根据模糊控制规则表以“IFA and B THEN...”的形式在Rule Editor窗口输入控制规则。 　　3 结语 　　模糊PID 控制具有模糊控制和PID控制的优点，克服了双卷扬系统的非线性和时变性。仿真研究表明，采用模糊PID 控制后使得系统动态响应性能大大改善，显示出模糊PID 自整定控制的良好校正性能，双卷扬自由落钩同步控制效果明显。而且采用刹车系统