起重机变幅挠度补偿方法、系统及起重机
阅读说明：本技术 起重机变幅挠度补偿方法、系统及起重机 (Crane amplitude deflection compensation method and system and crane ) 是由 尹莉 郭纪梅 佘玲娟 王霄腾 罗贤智 陈锋 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种起重机变幅挠度补偿方法、系统、及起重机,该方法包括：在所述起重机的卷扬操作开始时,获取所述起重机的初始工作幅度；在所述卷扬操作过程中,获取所述起重机的当前工作幅度；以及在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下,执行变幅补偿操作,直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围,该第二阈值范围处于所述第一阈值范围之内。本发明可实现起重机机变幅挠度的自动补偿,无需机手过多的操作,且其还具有比较好的补偿准确度,可使得重物在起升和/或下落时,不产生摆动或者减少摆动。(The invention provides a crane variable amplitude deflection compensation method, a system and a crane, wherein the method comprises the following steps: when the hoisting operation of the crane starts, acquiring the initial working amplitude of the crane; acquiring the current working amplitude of the crane in the hoisting operation process; and executing amplitude variation compensation operation under the condition that the difference between the current working amplitude and the initial working amplitude exceeds a first threshold range until the difference between the current working amplitude and the initial working amplitude is smaller than a second threshold range, wherein the second threshold range is within the first threshold range. The invention can realize the automatic compensation of the amplitude deflection of the crane without excessive operation of the crane, has better compensation accuracy and can ensure that the heavy object does not swing or reduces the swing when being lifted and/or dropped.)
技术领域
本发明涉及工程机械领域，更为具体的，涉及一种起重机变幅挠度补偿方法、起重机变幅挠度补偿系统、及包含该起重机变幅挠度补偿系统的起重机。
背景技术
起重机在起吊作业时，起重机臂架因承受重物载荷而发生挠度变形，导致重物离地时刻臂架头部已偏离重物正上方，起升重物的吊绳不再处于竖直状态，吊绳斜拉，从而引起重物的离地摆动，影响了作业安全与作业精准性。起重机在落钩作业时，起重机臂架因重物载荷的卸载而恢复非承载状态，同样导致重物最终落地时刻臂架头部偏离重物正上方，影响后续的吊装作业。
目前，大部分起重机上并未配置挠度补偿系统，对起重机因臂架挠度变形而导致的吊重离地偏摆的控制通常由机手手动操控完成。机手通过对力矩限制器显示的幅度、角度、重量信息以及起吊重物状态的观察，并结合自身经验，在起吊过程中进行卷扬起升、变幅起升的反复组合操作，直至吊重离地。若吊重离地偏摆较大，机手通常会继续进行调整，其观察判断重物位于偏摆中间位置时落吊，并再次起吊，减小离地后的吊重偏摆。
小部分起重机上配置有工作幅度补偿系统。目前的补偿技术主要有：1)利用工作幅度与变幅角度进行补偿。当卷扬起吊过程中检测到当前工作幅度差超过设定阀值时，根据工作幅度差计算目标变幅角度，启动变幅机构进行变幅，直至变幅达到目标变幅角度时停止变幅，继续卷扬起升并检测实时工作幅度。2)利用与吊钩相连的吊绳的倾斜角度进行补偿。当检测到吊绳相对于重力方向的倾斜角度大于设定阀值时，若为纵向偏摆角度，则通过调整起重臂仰角进行补偿；若为横向偏摆角度，则通过转台转动进行调整。
对于现有未配置挠度补偿而是采用机手手动操控来控制吊重偏摆的方式，其存在以下缺陷：1)吊重偏摆的控制效果依赖于机手经验与操控熟练度，对机手操控水平有较高要求，且很多时候不能及时补偿到位，还需要再进行落吊、再起吊的操作；2)机手在起吊过程中要进行补偿判断和手动补偿，通常需要多次手动切换卷扬起升与变幅起升动作，操作过程复杂；以及3)若机手未手动补偿到位，则存在一定的安全隐患，并影响作业精度。
对于利用工作幅度与变幅角度进行补偿的方式，其存在以下缺陷：1)补偿精度有限，计算复杂，较难实施，具体原因如下。目标变幅角度值由起重机吊重前工作幅度、当前吊重量或当前工作幅度、当前伸臂长度计算获得，其目的是使变幅后工作幅度与吊重前工作幅度相等。该计算方法是在变幅启动时刻计算，若变幅过程中吊重量不发生变化，则变幅后工作幅度能如预期回复至吊重前工作幅度。然而，起重机在做变幅补偿动作的同时也在起吊重物，在变幅过程前、后起吊重量会由G1增大至G2，因此产生的臂架挠度变形会带来工作幅度增量ΔR，则采用上述计算方法进行补偿会存在ΔR的补偿误差，其补偿精度有限。若目标变幅角度值计算方法考虑到变幅过程中吊重增加带来的幅度影响，因变幅停止时的吊重量未知，则目标变幅角度值、吊重前工作幅度、当前吊重量(变幅前)、变幅停止时吊重量间互相耦合，需要在考虑臂架非线性变形的同时迭代求解，计算量大，在实时控制的系统中难以实施。2)补偿精度受限于角度传感器的分辨率。若臂架因吊载变化产生的仰角变化量在角度传感器分辨率内，则控制中无法进行区分，但臂架对应的幅度变化值可能较大。目前，常用角度传感器的分辨率为0.03°左右，在部分工况下，0.03°臂架仰角变化对应的工作幅度变化值能达到0.3m以上。因此，通过变幅角度进行变幅补偿控制的方式不能进行精准控制，补偿精度有限。
对于利用吊绳倾斜角度进行补偿的方式，其存在以下缺陷：1)补偿精度有限。该方式的补偿精度受限于偏摆角度检测装置的测量精度。目前，常用倾角传感器的实际测量误差通常在0.3°以上，若臂架头部离地高度为50m，则因角度测量带来的臂架头部与重物在变幅平面水平方向上的距离误差达到0.26m以上，直接限制了补偿精度。2)倾角传感器安装不便。若倾角传感器安装在吊钩上，一方面难以解决传感器的供电问题，另一方面一台起重机配有多个吊钩，在作业中会根据起吊重量更换适用于不同吨位的吊钩，则更换吊钩时也需移动或更换倾角传感器及线路。若倾角传感器安装在臂架头部处的吊绳上，则面临吊绳的运动问题，需要增加额外的装置，且同时需解决吊绳的扰动影响。
综上，本领域亟需一种可准确且自动地实现起重机机变幅挠度补偿的起重机变幅挠度补偿系统。
发明内容
本发明提出了一种起重机变幅挠度补偿方法、起重机变幅挠度补偿系统、及包含该起重机变幅挠度补偿系统的起重机，其可实现起重机机变幅挠度的自动补偿，无需机手过多的操作，且其还具有比较好的补偿准确度，可使得重物在起升和/或下落时，不产生摆动或者减少摆动。
根据本发明一实施例，本发明提供一种起重机变幅挠度补偿方法，该方法包括：在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的初始工作幅度；在所述卷扬操作过程中，获取所述起重机的当前工作幅度；以及在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作，直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围，该第二阈值范围处于所述第一阈值范围之内。
可选的，所述卷扬操作可包括卷扬起吊操作和/或卷扬落钩操作。
可选的，在所述卷扬操作为卷扬起吊操作的情况下，所述变幅补偿操作为向上变幅；和/或在所述卷扬操作为卷扬落钩操作的情况下，所述变幅补偿操作为向下变幅。
可选的，该方法还包括：在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离；所述在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围进一步包括：在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差超出所述第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差小于所述第二阈值范围。
可选的，在执行变幅补偿操作期间，停止所述卷扬操作。
可选的，在执行变幅补偿操作之前，该方法还包括：执行操控电流标定，以获取变幅临界操控电流值，其中所述变幅补偿操作基于该变幅临界操控电流值而被执行。
可选的，该起重机变幅挠度补偿方法在以下期间被多次执行：在重物起吊过程中，在开始起吊所述重物至所述重物脱离地面期间；和/或在所述重物下放过程中，在所述重物开始接触地面至所述重物完全落钩期间。
根据本发明一实施例，本发明提供一种起重机变幅挠度补偿系统，该系统包括：存储器，用于存储计算机程序指令；以及控制器，用于执行所述计算机程序指令，以执行以下操作：在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的初始工作幅度；在所述卷扬操作过程中，获取所述起重机的当前工作幅度；以及在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作，直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围，该第二阈值范围处于所述第一阈值范围之内。
可选的，所述卷扬操作可包括卷扬起吊操作和/或卷扬落钩操作。
可选的，在所述卷扬操作为卷扬起吊操作的情况下，所述变幅补偿操作为向上变幅；和/或在所述卷扬操作为卷扬落钩操作的情况下，所述变幅补偿操作为向下变幅。
可选的，所述控制器还用于在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离；所述在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围。进一步包括：在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差超出所述第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差小于所述第二阈值范围。
可选的，该系统还包括：摄像头，安装在所述臂架头部，用于拍摄所述重物的图像；所述控制器用于通过对所述图像进行处理以获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。
可选的，该系统还包括：波束发射器及波束接收器，分别安装在所述臂架头部和所述起重机的吊钩上，用于发射和接收波束；所述控制器用于根据所述波束接收器所接收的波束，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。
可选的，该系统还包括：至少两个GPS定位装置，分别安装在所述臂架头部和所述起重机的吊钩上，用于检测所述臂架头部和所述吊钩各自的位置；所述控制器用于根据所述臂架头部和所述吊钩各自的位置，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。
可选的，所述控制器还用于在执行变幅补偿操作期间，停止所述卷扬操作。
可选的，在执行变幅补偿操作之前，所述控制器还用于：执行操控电流标定，以获取变幅临界操控电流值，其中所述变幅补偿操作基于该变幅临界操控电流值而被执行。
可选的，所述控制器所执行的操作在以下期间被多次执行：在重物起吊过程中，在所述重物开始被起吊至所述重物脱离地面期间；和/或在所述重物下放过程中，在所述重物开始接触地面至所述重物完全落钩期间。
根据本发明一实施例，本发明提供一种起重机，该起重机包含上述起重机变幅挠度补偿系统。
根据本发明一实施例，本发明还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述起重机变幅挠度补偿方法。
本发明的方案采用分步自动补偿的控制策略，实时判断当前工作幅度与初始工作幅度之差，并根据在当前工作幅度与初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差在某一较小的范围之内；随后在起重机的进一步卷扬操作期间，在当前工作幅度与初始工作幅度之差再次超出第一阈值范围的情况下，再次执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差在某一较小的范围之内。从而，可在所述起重机的卷扬操作期间，多次执行变幅补偿操作，以将当前工作幅度与初始工作幅度之差控制某一较小的范围之内，借此实现分步自动补偿。
该分步自动补偿的控制策略可适应于实际吊装作业的吊重量未知的情形。吊重量未知，则起吊前后的幅度差不能预知，也不能提前给出单步补偿到位对应的自动变幅启停点。若实施单步补偿，则基本不能补偿到位。采用分步自动补偿，通过多次变幅补偿，反复将当前工作幅度恢复至初始工作幅度附近，确保了任意吊重量下的补偿基本到位。另外，该分步自动补偿的控制策略的补偿精度不受目标变幅角度计算误差、角度传感器的安装与精度等的限制，提升了补偿精度。
本发明的补偿方案可实现以下效果：起重机在起吊重物时，重物离地时能基本竖直上升，不产生摆动；在下落重物时，重物能平稳着地，不产生摆动。本发明的补偿方案大幅提升了吊装作业的安全性，为精准吊装提供了基础保障，提升了起重机的智能化水平，同时降低了对机手的操控水平要求与机手的工作强度。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的
具体实施方式
部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1A和图1B分别为起重机起吊重物和放落重物的示意图；
图2为本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿方法的流程图；
图3A和3B分别为本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿方法在起吊作业和落物作业中的流程图；以及
图4为本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。需要说明的是，在本文中，“吊重”与“重物”可被互换使用。
图1A和图1B分别为起重机起吊重物和放落重物的示意图。现结合图1A和图1B对挠度补偿的工作原理进行阐述。
起重机在卷扬起吊作业时，如图1A所示，臂架头部(其可被称之为“臂头”)A位于重物M的正上方，工作幅度为R前，钢丝绳
起重机在卷扬落物作业时，如图1B所示，臂架头部A位于重物M的正上方，工作幅度为R前，钢丝绳处于竖直状态。由于起重机臂架在落吊过程中所受到的重物载荷作用会逐渐减小至零，臂架因重物载荷产生的挠度变形会恢复，在离地时臂架头部位置已变化到A′，工作幅度为R后。此时钢丝绳不再保持竖直，重物M在落钩过程中受到钢丝绳的水平方向分力作用，若该水平分力大于重物与地面间的摩擦力，则落钩过程中重物会向内甩出，并且落地后臂架头部不再位于重物正上方，可能影响后续的吊装作业。挠度补偿的工作原理是在落吊过程中通过臂架的向下变幅操作，使离地时臂架头部位置拉回到A″，钢丝绳仍然保持竖直，重物M受到钢丝绳向上拉力的作用，不会甩出。
图2为本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿方法的流程图。如图2所示，根据本发明一实施例，本发明提供一种起重机变幅挠度补偿方法，该方法包括：在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的初始工作幅度；在所述卷扬操作过程中，获取所述起重机的当前工作幅度；以及在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作，直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围，该第二阈值范围处于所述第一阈值范围之内。
需要说明的是，所述第一阈值范围与所述第二阈值范围之间的差距决定了分步自动补偿过程中的单步补偿的幅度，两者差距越大，单步补偿的幅度则越大。相比于执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差为零以实现精确补偿，所述第二阈值范围的设置可充分考虑执行变幅补偿操作过程期间执行机构滞后而导致过补偿，而在过补偿滞的情况下，可能会导致需要在相反方向上执行变幅补偿操作，这样可能会导致来回反复执行补偿操作。另外，执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差为零也存在一定的不必要性，因为其会导致补偿时间过长或者不节能。因此，所述第二阈值范围可在考虑上述因素之后被设置，以综合各方利弊。
对于上述初始工作幅度和当前工作幅度的获取，可借助本领域已知的任何方式进行获取，例如可通过测量设备直接获取，也可通过测量设备测量的一些参数计算得出，也可通过图像获取装置获取相关图像并借助图像处理技术获取等等。本文以下将对该工作幅度的获取作进一步介绍。
对于执行变幅补偿操作，具体而言，所述卷扬操作可包括卷扬起吊操作和/或卷扬落钩操作。在所述卷扬操作为卷扬起吊操作的情况下，所述变幅补偿操作为向上变幅；和/或在所述卷扬操作为卷扬落钩操作的情况下，所述变幅补偿操作为向下变幅。当然，本发明并不限于此，其他可实现变幅补偿的方式也是可以适用的。
上述起重机变幅挠度补偿方法的总体控制策略为：对起吊、落钩过程中的工作幅度进行分步自动补偿。尤其是对于以下情况中的一者或两者进行分步自动补偿：在重物起吊过程中，在开始起吊所述重物至所述重物脱离地面期间；和/或在所述重物下放过程中，在所述重物开始接触地面至所述重物完全落钩期间。在卷扬起升/下降过程中，若检测到实时工作幅度发生一定程度的变化，则停止卷扬起升/下降(该操作为可选操作，也可不停止卷扬动作，但需保证卷扬起升/下降足够慢)，同时驱动变幅机构进行自动向上/向下变幅；若在变幅过程中检测到工作幅度恢复至允许范围，则停止向上/向下变幅，同时继续进行卷扬起升/下降。持续重复上述操作，直至吊重或工作幅度稳定，起吊/落钩结束。其中停止卷扬起升/下降、停止向上/向下变幅分别表示吊重不发生起升/下降、向上/向下的动作。
本发明的方案采用分步自动补偿的控制策略，实时判断当前工作幅度与初始工作幅度之差，并根据判断结果执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差在某一较小的范围之内。本发明通过采用分步自动补偿，通过多次变幅补偿，反复将当前工作幅度恢复至初始工作幅度附近，确保了任意吊重量下的补偿基本到位。另外，该分步自动补偿的控制策略的补偿精度不受目标变幅角度计算误差、角度传感器的安装与精度等的限制，提升了补偿精度。
本案发明人通过研究发现，臂架头部与重物的初始相对距离会对变幅挠度补偿产生比较重大的影响。因工作幅度仅反映臂架头部的水平位置，利用工作幅度做补偿仅能保证起吊离地时的臂架头部位置基本回到起吊初始时刻的臂架头部位置。若起吊初始时刻，重物并不在臂架头部正下方，则起吊离地时，重物也不在臂架头部正下方，仍会发生吊重偏摆。为此，本案在变幅挠度补偿方法内引入了“所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离”。
根据一实施例，所述方法还包括：在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离；所述在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围进一步包括：在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差超出所述第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差小于所述第二阈值范围。其中，在臂架变幅平面内，若重物在臂架的水平方向投影内，则臂头与重物的相对距离为正；若重物在臂架的水平方向投影外，则臂头与重物的相对距离为负。
关于该臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离的获取的方式，将在以下作出说明。所获取的臂头与重物的相对距离数据，一方面可输出至人机交互界面，机手可根据相对距离数据在吊装作业前对臂头位置进行调节，通过变幅等操作将臂头调至吊重正上方；另一方面，该初始相对距离可作为当前工作幅度与初始工作幅度判断的分项，以在补偿中考虑到起吊初始时刻臂头不在重物正上方的情况，更适用于实际吊装。本发明的方案考虑了臂架头部与重物的初始水平相对距离，避免了起吊/落物启动时刻，因臂头不在重物正上方导致的补偿不到位的情形，提升了系统的适用性，更进一步保障了作业安全。
为使重物起吊、落地过程平稳，能进行有效的、精确的挠度补偿，需要对变幅补偿过程中的电流进行控制，以免起、落动作太快，既来不及进行补偿，又给臂架结构带来较大冲击。目前，起重机采用的开式或闭式液压控制系统均未能提供臂架有动作时的临界操控电流值。不同的起重机具有不同的临界操控电流值，并且该临界操控电流值还随环境温度、起重机使用时长而改变。
优选地，在执行变幅补偿操作之前，该方法还包括：执行操控电流标定，以获取变幅临界操控电流值，其中所述变幅补偿操作基于该变幅临界操控电流值而被执行。所述操控电流标定可标定臂架有动作时的临界卷扬起升、卷扬下降、向上变幅、和/或向下变幅操控电流值。在电流标定时，由操控人员通过卷扬起升、卷扬下降、向上变幅、向下变幅的操作找出各操作对应的臂架有动作时的临界操控电流，同时保存临界电流。带补偿的起吊、落钩过程中的卷扬、变幅操控电流可参考各临界电流给出。通过该操控电流标定，可获得臂架有动作时的卷扬、变幅临界操控电流值，能依此获得带补偿起吊/落物过程中速度合适的操控电流，增强了变幅挠度补偿对不同起重机个体的适应性。另外，通过基于所标定的变幅临界操控电流值来设置合适的自动变幅启停点，还可提升变幅挠度补偿的补偿精度。
图3A和3B分别为本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿方法在起吊作业和落物作业中的流程图。
如图3A所示，在卷扬起吊过程中的控制流程为：
步骤101：补偿开关开启状态检测。所述该补偿开关可设置在起重机驾驶室的操控面板上，也可设置在人机交互界面上，如力矩限制器的显示屏。通过补偿开关的设置，机手可根据现场实际及个人操控习惯，自主选择是否开启变幅挠度补偿。若补偿开关开启，则起吊时进行自动变幅挠度补偿；若开关关闭，则完全由机手手动操控。
步骤102：卷扬起吊状态检测。若补偿开关开启，则检测是否处于卷扬起吊状态。
步骤103：起吊启动时刻，获取/计算并保存起重机的初始数据。该初始数据可包含初始工作幅度和/或臂头与重物的初始相对距离，当然还可包含一些其他数据，例如起重机初始吊重、初始臂架仰角、臂长等等。若不能获取精确的工作幅度，可根据获取得到的吊重、仰角、臂长数据，通过计算得到工作幅度。
步骤104：起吊过程中，实时计算和/或获取当前工作幅度。若不能获取精确的工作幅度，同样可通过获取起重机的当前吊重、当前臂架仰角等数据通过计算得到所述当前工作幅度。
步骤105：判断当前工作幅度与初始工作幅度的差值；
步骤106：启动变幅。若(当前工作幅度-初始工作幅度-臂头与重物的初始相对距离)＞设定的第一工作幅度差阀值，则启动向上变幅进行补偿。
步骤107：停止变幅。若正在变幅补偿，且(当前工作幅度-初始工作幅度-臂头与重物的初始相对距离)＜设定的第二工作幅度差阀值，则停止向上变幅。
步骤108：起吊结束。根据工作幅度差值与工作幅度差阀值的对比情况，启动、停止向上变幅(见步骤104-107)，直至起吊结束。
本发明所提出的所述变幅挠度补偿方法在卷扬落钩过程中的控制流程与起吊过程类似，具体为：
步骤201：补偿开关开启状态检测。检测所设置的补偿开关状态，若补偿开关开启，则落地时进行自动变幅挠度补偿；若开关关闭，则完全由机手手动操控。
步骤202：卷扬起吊状态检测。若补偿开关开启，则检测是否处于卷扬落地状态。
步骤203：落地启动时刻，获取/计算并保存起重机的初始数据。该初始数据可包含初始工作幅度和/或臂头与重物的初始相对距离，当然还可包含一些其他数据，例如起重机初始吊重、初始臂架仰角、臂长等等。若不能获取精确的工作幅度，可根据获取得到的吊重、仰角、臂长数据，通过计算得到工作幅度。
步骤204：落地过程中，实时计算和/或获取当前工作幅度。若不能获取精确的工作幅度，同样可通过获取起重机的当前吊重、当前臂架仰角等数据通过计算得到所述当前工作幅度。
步骤205：判断当前工作幅度与初始工作幅度的差值；
步骤206：启动变幅。若(当前工作幅度-初始工作幅度-臂头与重物的初始相对距离)＜设定的第三工作幅度差阀值，则启动向下变幅进行补偿。
步骤207：停止变幅。若正在变幅补偿，且(当前工作幅度-初始工作幅度)＞设定的第四工作幅度差阀值，则停止向下变幅。
步骤208：落钩结束。根据工作幅度差值与工作幅度差阀值的对比情况，启动、停止向下变幅(见步骤204-207)，直至落钩结束。
上述图3A-3B的起重机变幅挠度补偿方法，设定的第一工作幅度差阀值可为正值，第二工作幅度差阀值小于第一阀值。设定的第三工作幅度差阀值可为负值，第四工作幅度差阀值大于第三工作幅度差阀值。在起升/落地过程中，若吊重量在一定时长内保持稳定，即吊重量波动范围不超过设定的吊重量波动阀值，则起吊/落地结束。或者工作幅度在一定时长内保持稳定，则起吊/落地结束。
图4为本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿系统的结构示意图。如图4所示，本发明一实施例提供一种起重机变幅挠度补偿系统，该系统包括：存储器(未示出)，用于存储计算机程序指令；以及控制器，用于执行所述计算机程序指令，以执行以下操作：在所述起重机的卷扬操作开始时，获取所述起重机的初始工作幅度，该初始工作幅度的获取可能需要用到来自倾角传感器、压力/拉力传感器的数据；在所述卷扬操作过程中，获取所述起重机的当前工作幅度，该当前工作幅度的获取可能需要用到来自倾角传感器、压力/拉力传感器的数据；以及在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作(例如，通过操作变幅液压系统来执行变幅补偿操作，在执行变幅补偿操作期间，还可通过操作卷扬液压系统来停止所述卷扬操作)，直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围，该第二阈值范围处于所述第一阈值范围之内。
有关本发明提供的起重机变幅挠度补偿系统的具体细节及益处，可参阅上述起重机变幅挠度补偿方法的描述，于此不再赘述。在此仅对其涉及到的硬件结构进行介绍。
本发明一实施例提供的起重机变幅挠度补偿系统可直接在现有的起重机上实施，而无需增添新的硬件设备。例如，该挠度补偿系统可不配置单独的人机交互界面，利用力矩限制器的显示屏实现补偿开关的开启与关闭、补偿电流标定、臂头与重物相对距离等数据的显示等功能。该挠度补偿系统可不配置单独的控制器，作为子系统嵌入主机控制器中；也可配置独立控制器，将补偿中的操控信号输出至主机控制器中，如卷扬电流与变幅电流。
对于检测装置，可仅配备变幅挠度补偿系统在实施工作幅度获取和/或计算所需的那些检测装置。例如，传感器可利用力矩限制器上配置的传感器。根据补偿系统的数据需求，所需传感器包括安装在臂架上的倾角传感器、安装在变幅油缸处的压力传感器或者是安装在起重机拉板上的拉力传感器。安装在臂架上的倾角传感器数目可为一个或多个，用于获取臂架的仰角信息，还用于工作幅度的计算。通常在臂架主臂根部附近安装1个倾角传感器，或者在臂架主臂根部与头部附近各安装1个倾角传感器，多个传感器的布置能计算获得更精确的工作幅度。与主臂类似，臂架塔臂臂节上也需要安装1个或多个倾角传感器。安装在变幅油缸处的压力传感器测试油缸进、出口压力，以获取油缸的推力，用于吊重量的计算。安装在起重机拉板上的拉力传感器测量拉板所受拉力，用于吊重量的计算。
变幅挠度补偿系统工作时可能需要获知臂架的臂长、吊重量、臂架仰角、幅度等实时数据。这些数据的获取可以有以下方法：
1)倾角传感器、压力或拉力传感器的数据、工况数据传递给力矩限制器，由力矩限制器分析计算出臂长、臂架仰角、吊重量、幅度，并传递给起重机的主控制器，再由主控制器传递给挠度补偿系统。
2)倾角传感器、压力或拉力传感器的数据、工况数据传递给力矩限制器，由力矩限制器分析计算出臂长、臂架仰角、吊重量，连同各倾角传感器数据一起传递给起重机的主控制器，再由主控制器传递给挠度补偿系统，工作幅度由挠度补偿系统计算得到。
3)倾角传感器、压力或拉力传感器的数据、工况数据传递给力矩限制器，由力矩限制器分析计算出臂长、臂架仰角，连同各倾角传感器、压力或拉力传感器数据一起传递给起重机的主控制器，再由主控制器传递给挠度补偿系统，吊重量、工作幅度由挠度补偿系统计算得到。
对于工作幅度的计算，通过以下方式进行：
根据臂长L、臂架仰角α、吊重量G、各倾角传感器测试数据θi计算工作幅度R。首先根据臂长、吊重量、各倾角传感器测试数据计算臂架挠度ω：
ω＝f1(L,α,G,θi)
再根据臂长L、臂架仰角α、臂架挠度ω计算工作幅度R：
R＝f2(L,α,ω)＝f2(L,α,f1(L,α,G,θi))
当然，本发明并不限于此，其他可获取工作幅度的方式以及实施该方式所需的硬件也是可行的。
参照上述变幅挠度补偿方法内关于“臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离”的描述，所述控制器还用于在获取所述初始工作幅度和所述当前工作幅度之前，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离；所述在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差超出第一阈值范围的情况下执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度之差小于第二阈值范围进一步包括：在所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差超出所述第一阈值范围的情况下，执行变幅补偿操作直至所述当前工作幅度与所述初始工作幅度和所述初始相对距离之差小于所述第二阈值范围。
为了实现该初始相对距离的获取，所述系统还可包括臂头与重物相对距离检测装置，其安装在臂架头部和/或吊钩处，用于获取臂头与吊重在变幅平面内的水平距离。
可选的，所述臂头与重物相对距离检测装置包括：摄像头，安装在所述臂架头部，用于拍摄所述重物的图像；所述控制器用于通过对所述图像进行处理以获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。
例如，所述摄像头可拍摄其竖直视野内的一定区域的图像，正常情况下(即，重物位于臂头的正下方)，在所述图像内，重物应该位于所拍摄图像的中心位置。所述控制器可识别所述图像内的重物中心，并根据该重物中心与所述图像的中心之间的偏差并结合钢丝绳的长度(即，重物与臂头之间的垂直距离)，计算所述臂头与重物在变幅平面内的相对距离。在该方案中，所述拍摄所述重物的图像亦可被替换为拍摄吊钩的图像，因为在吊装时，吊钩与重物本身就是勾连到一起的，臂头与吊钩之间的相对距离亦可等同于臂头与重物之间的相对距离。而且，不同于形状多变的重物，吊钩的形状是固定的，识别图像内已知固定形状的吊钩可比识别形状不确定的重物容易一些，而且准确度也会高一些。
可选的，所述臂头与重物相对距离检测装置包括：波束发射器及波束接收器，分别安装在所述臂架头部和所述起重机的吊钩上，用于发射和接收波束；所述控制器用于根据所述波束接收器所接收的波束，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。
例如，所述波束发射器可安装在所述吊钩上，用于发射波束；所述波束接收器可安装在所述臂架头部上，用于接收所述波束发射器所发射的波束。当然，上述安装方式是示例性的，反之亦然，例如，所述波束发射器可安装在所述臂架头部上，用于发射波束；所述波束接收器可安装在所述吊钩上，用于接收所述波束发射器所发射的波束。所述控制器可知晓在正常情况下(即，重物位于臂头的正下方)，所述波束接收器所接收的波束的位置(例如，波束接收器的接收阵列内的接收到所述波束的接收元件的位置即可反映出波束位置，也即反映了波束发射器的位置，即，重物的位置)，在使用中，所述控制器可根据波束接收器所接收的波束的位置与上述正常情况下的波束位置之间的偏差，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。
上述波束发射器及波束接收器所发射及接收的波束可为激光、红外线等直线传播的波束。
可选的，所述臂头与重物相对距离检测装置还包括：至少两个GPS定位装置，分别安装在所述臂架头部和所述起重机的吊钩上，用于检测所述臂架头部和所述吊钩各自的位置；所述控制器用于根据所述臂架头部和所述吊钩各自的位置，获取所述起重机的臂架头部与重物在变幅平面内的初始相对距离。当然，本发明并不限于GPS定位装置，其他可实现臂架头部和吊钩定位的装置也是可以适用的。
根据本发明一实施例，本发明提供一种起重机，该起重机包含上述起重机变幅挠度补偿系统。
根据本发明一实施例，本发明还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述起重机变幅挠度补偿方法。
需要说明的是，本发明的起重机变幅挠度补偿方法及系统并不仅仅适用于起重机，其他需要用到臂架变幅挠度补偿的器械也是可以使用的，例如起重机、混凝土泵车等等。另外，还需要说明的是，本发明所提出的分步补偿方案针对的是起重机变幅平面的重物偏摆，但对回转平面同样存在的重物偏摆问题，可用类似的思路解决，这可视为本发明技术方案的等同。
根据本发明一实施例，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化具有上述起重机变幅挠度补偿方法所包含的方法步骤的程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
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