[發明專利]基于消擺信號的橋式起重機非線性控制方法

無效

• 申請號: 201410389899.0
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104528528A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 何熊熊;武憲青;歐縣華;史秀蘭
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B66C13/18
• 分類號: B66C13/18
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本發明涉及一種非線性欠驅動領域的自動控制方法，具體是一種基于消擺信號的欠驅動橋式起重機非線性控制方法。

背景技術

橋式起重機是一種典型的非線性、強耦合、欠驅動系統，它具有負載能力強、操作靈活、節能顯著等優點，已經被廣泛地應用于各種工業場所，比如工廠、車間、碼頭等，完成貨物的運送與集成加工等任務。橋式起重機的任務是實現貨物的快速、準確、無大幅擺動點對點運送。然而，對于橋式起重機而言，臺車的運動無疑會引起負載的擺動，這不僅會降低整體的效率，影響負載在落吊過程中的精確放置，還可能引發碰撞而造成安全事故。

就目前而言，絕大多數的起重機還依靠人工操作，系統的操作效率完全依賴于工人的熟練程度及工作經驗。在操作起重機時，一方面需要實現臺車的快速準確定位，以滿足運送負載的要求；另一方面，則需要有效地抑制負載的擺動，實現“無擺”或“微擺”操作。然而，對于人工操作這種常規的操作方式存在諸多不足，比如：生產效率低、消擺效果差、定位精度差、對操作人員的技術要求高、長期工作可能引發疲勞等等。因此，亟需提出安全高效自動消擺定位的自動控制方法，以提高系統的工作效率。

許多學者對橋式起重機的自動控制展開了研究[1-7]，對于已有橋式起重機系統的控制方法大多只考慮臺車的精確定位，而忽略了運輸過程中負載擺動的抑制以及殘余擺動的消除。特別地，當臺車到達目標位置時，現有方法無法保證負載無殘余擺動，從而降低了系統的運輸效率。如文獻[3]所提出的數種基于能量的控制方法，在負載消擺方面效果均不理想。不僅如此，現有方法大多用途單一，只能用于調節控制或只能用于軌跡跟蹤控制[1][3][5-7]。鑒于此原因，本發明針對有效消除負載擺動的問題提出了一種抗擺定位控制方法，該方法既可用于橋式起重機的調節控制也可用于橋式起重機的軌跡跟蹤控制，以提高橋式起重機的工作效率及安全性能。

發明內容

本發明的目的是解決已有控制方法存在消擺性能差、運輸效率低、用途單一的不足，為欠驅動橋式起重機系統提供一種具有增強消擺性能的控制方法，本方法不僅適用于調節控制，而且適用于軌跡跟蹤控制，克服了上述現有技術的不足，具有定位精度高、消擺效果好、運輸效率高、用途廣泛等優點。

本發明通過分析臺車運動與負載擺動之間的耦合關系，提出了一種具有抑制擺動功能的消擺信號，根據該消擺信號構造出一種新穎的定位誤差信號，在此基礎上提出了一種既可用于調節控制，又能用于軌跡跟蹤控制的橋式起重機控制方法，旨在提高控制系統的暫態性能，同時增強抑制負載擺動的能力。

本發明提供的基于消擺信號的橋式起重機非線性控制方法，為解決上述技術問題包括以下步驟：

步驟1、消擺信號的選取

為了提高橋式起重機系統抑制運輸過程中負載擺動的性能，利用臺車與負載之間的耦合關系提出如下具有消擺功能的消擺信號x_e：

xe=∫0tθ(τ)dτ---(9)]]>

其中，θ(t)為吊繩與豎直方向的夾角；關于時間的積分；變量后的(t)表示該參數是時變的，為簡明起見，公式中已略去(t)。

步驟2、新穎誤差信號的確定

基于上述消擺信號，定義如下新穎的誤差信號ξ(t)，及其前兩階導數信號