天车自主研发智能起重机控制系统获国家发明专利授权，核心算法国产化率100%
天车智能控制系统的自主化程度直接决定了设备的安全可控性和后续技术升级的主动权。克鲁德重工自主研发的天车智能控制系统近日获国家发明专利授权专利名称为一种桥式起重机智能路径规划与防摇控制方法及系统。该系统是天车AI视觉检测技术的配套控制层核心组件实现了从外国品牌PLC到国产化控制平台的完整替代核心算法自研率达到100%。本文从专利技术内容控制平台架构和国产化程度三个维度系统介绍。
一、发明专利核心技术
本次授权的发明专利包含两项核心算法。天车最优路径规划算法基于改进A*算法在大车和小车两自由度运动空间中进行路径搜索。防摇控制算法基于自适应线性二次型调节器LQR通过实时检测吊钩摆动角度和角速度动态调整LQR控制器的权重矩阵Q和R。两项算法协同工作时路径规划模块生成运动指令防摇控制模块实时修正执行指令中的加减速曲线使天车在到达目标位置时吊物摆动幅度控制在±50mm以内。
二、嵌入式控制平台
智能控制算法运行于自主研发的嵌入式控制平台上。控制平台基于国产龙芯2K1000双核处理器主频1.0GHz搭载64位操作系统。控制平台预装RTOS实时操作系统保证路径规划和防摇控制算法在确定时间内完成计算和控制指令输出。控制平台通过PROFINET和EtherCAT双协议工业以太网接口与变频器和伺服驱动器通信实现各大车小车和起升机构的精确运动控制。
三、国产化技术路线
智能控制系统的国产化从硬件到软件分为三个层次。硬件层核心处理器选用国产龙芯2K1000替代进口ARM Cortex-A系列处理器。操作系统层选用国产RTOS替代VxWorks和FreeRTOS。算法层全部路径规划和防摇控制算法均为自主研发。智能控制系统已在3家客户现场完成了与天车AI视觉检测系统的联合调试运行数据的统计结果显示采用智能控制系统的天车在自动对位模式下吊运平均耗时从人工操作的约8分钟缩短至3分钟以内。
الأسئلة الشائعة (FAQ)
Q1：智能控制系统是否兼容现有天车的PLC控制系统？是否需要替换原有电控柜？
智能控制系统作为上位控制层与原有PLC系统并行工作而非替换。原有PLC系统继续负责安全回路控制逻辑和传统操作模式，智能控制系统通过PROFINET从PLC读取状态数据并将优化后的运动指令发送至变频器。原有电控柜不需要更换只需增加智能控制器模块和相应的通信接线。改造施工周期通常为2~3个工作日含调试时间。
Q2：智能控制系统的防摇效果在真实天车运行中的实际表现如何？
在3家现场测试数据表明：吊运5t钢卷时自适应LQR防摇控制将吊物停止后的残余摆动幅度从传统人工操作的平均±200mm降低至±42mm，消摆时间从约25秒缩短至约8秒。吊运15t模具时残余摆动幅度为±55mm消摆时间约10秒。当AI视觉检测系统同步提供吊物位置实时反馈时自动对位单次定位的调整次数从人工操作的3~5次减少至1次。
Q3：国产龙芯处理器的算力是否满足实时控制的要求？
龙芯2K1000双核1.0GHz的算力对于路径规划和防摇控制算法完全足够。实测数据显示路径规划的A*搜索计算在典型场景天车跨度30m运行距离下中位计算耗时12ms。自适应LQR控制器的状态反馈计算在每个控制周期中仅耗时0.3ms。处理器负载率在正常运行工况下约35%在同时执行路径重规划和控制计算的高负载工况下约60%，留有余量裕度满足工业控制对系统稳定的要求。
Q4：发明专利的保护范围和有效期是多久？
发明专利的保护范围由权利要求书界定，本次授权的发明专利包含12项权利要求覆盖路径规划方法防摇控制方法和系统架构三个独立权利要求和9项从属权利要求。发明专利的有效期为自申请日起20年。根据GB/T 29490-2013《企业知识产权管理规范》对企业知识产权创造运用和保护的要求，专利的申请和维护应纳入企业的知识产权管理体系。未经授权使用专利保护的算法和方法的行为构成专利侵权。
