引 言
起重机在作业过程中，因为小车运转的加快或减速，经常会导致吊重的摇晃，这不只添加吊重卸料难度，并且给起重机的作业带来了不安全要素。因而，在起重机作业时，吊重的摆幅有必要操控在必定范围内，抵达意图地时吊重应立即停摆。为此，人们现已提出了多种防摇办法：如选用穿插钢丝绳减摇设备、别离小车减摇设备、翘板梁式减摇设备等机械防摇体系。因为机械式防摇其本质都是通过机械手法来耗费摇摆能量以到达终究消除摇摆的意图，没有将减摇与小车运转操控结合起来考虑，减摇效果在很大程度上取决于操作人员的熟练程度，并且在起重机满载和空载两种情况下的减摇效果不同很大，难以满意用户要求。后来呈现了带视觉传感器电子防摇技能，通过各种传感器和检测元件将检测到的信息传送到操控体系中的微机，经微机内部操控软件处理后将最佳的操控参数（如PID操控参数）提供给小车调速体系，通过调理小车的速度和方向，操控小车的运转，来减少吊具及负载的摇摆起伏。但因为现在所选用的是通过在小车架上设备一个发射设备（激光发射器、摄像头号）和一个接纳设备，在吊具上架设备一个反射器，吊具前后摇摆时，检测吊具前后摇摆的视点。因为需求附加设备价格昂贵的视觉传感器检测和接纳体系，所需支付的价值是很大的；在气候恶劣的情况下（如遇浓雾、暴雨、直射阳光等） ，视觉传感器的运用也常常遭到某些约束，难以获得最佳操控效果。
本文通过树立起重机载荷摇摆的数学模型，清晰吊重摆幅与小车运转加减速之间的联系，并将依据微机电体系（MEMS）加工技能制造的微加快度计使用到起重机的防摇操控体系中，即时检测小车运转加快度并估量得到吊重偏摆视点。通过树立闭环操控体系，当令依据吊重摆幅巨细批改小车速度指令，完成防摇操控。这种办法克服了传统的机械式防摇技能及带视觉传感器电子防摇技能中的缺乏与缺点，到达抱负的操控效果。
起重机吊重摇摆的数学模型
小车-吊重摇摆体系简化力学模型剖析如图1（a）所示。M和m分别为小车和吊重的质量，l为缆绳的长度，x表明小车在水平方向上的位移，θ表明吊重的摆角，F为小车运转牵引力，f为小车运转静阻力，g为重力加快度。
为了便于剖析，依据起重机作业的基本情况，这儿作一些简化处理：
（1）假定小车在行走的过程中，缆绳的质量相对于吊重及小车的质量可忽略不计；
（2）吊重及吊架看作全体视为质量块m加以剖析；
（3）吊重与缆绳在运转过程中所受的风力和空气阻尼以及体系的弹性变形均不计。
（a）小车-吊重摇摆体系 （b）吊重受力平衡
图1 小车-吊重体系力学模型
如图1（b）所示，设缆绳的张力为T，取x、θ为广义坐标，对小车树立运动微分方程：
依据达朗伯原理，对吊重进行受力剖析，它受重力mg，缆绳张力T，法向惯性力Fng ，切向惯性力Fτg ，水平惯性力F1效果。如图1（ b）所示。在水平方向上树立平衡方程，有
在垂直于缆绳方向上树立平衡方程，有：
收拾可得：
则吊具摇摆的线性化模型为：
假如只考虑在操作点θ0邻近只需很小的θ改变，并假定在整个过程中缆绳的长度l始终保持稳定不变，可作如下简化：
由此方程组（6）转化为：
对方程式（8）进行Laplace改换，有：
目标的传递函数为：
依据式（8）得到：
式（11）、（12）是初始条件为t = 0，θ= 0，θ=0的解，可以发现吊具的摇摆是随时间作周期性改变，其摆幅、摆速与小车运转加快度成正比。因而，只需确认了小车运转加快度的巨细与方向，吊重的摆幅、摆速也就相应得到确认。
微机电体系（MEMS）及微加快度计
微机电体系（MEMS）
从20世纪60年代起，微电子技能和微加工技能（包含硅体微加工、硅外表微加工、LIGA和晶片键合等技能）的结合，制造出各种功能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微体系。微机电体系（MEMS）是集微组织、微传感器、微执行器、信号处理、操控电路、通讯接日及电源于一体的微型电子机械体系。这种微机电体系不只可以收集、处理与发送信息或指令，还可以依照所获取的信息自主地或依据外部的指令采纳举动。现在研讨最成功、使用最广泛的微机电器材是微传感器，而微加快度计作为微传感器的杰出代表现已广泛使用于轿车智能化操控体系中，如安全气囊体系检测和监控前面后边的磕碰等等。
微加快度计的结构模型
图2为电容式微加快度计的结构模型。
图2 微加快度计的结构示意图
图中的质量块是微加快度计的执行器，与质量块相连的是可动臂；与可动臂相对的是固定臂。可动臂和固定臂构成了电容结构，作为微加快度计的感应器。其间的绷簧并非真实的绷簧，而是由硅资料通过立体加工构成的一种力学结构，它在加快度计中的效果相当于绷簧。
