[發(fā)明專利]一種基于滑模控制理論的橋式吊車防擺控制方法

有效

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• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108427280B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設計）人: 孫哲;畢云蕊;孫知信;張紫涵
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 牛莉莉

本發(fā)明涉及一種基于滑模控制理論的橋式吊車防擺控制方法，運用滑模控制理論建立一種滑模控制器。針對所設計控制器參數(shù)設置問題，提出了一種動態(tài)DE算法，通過引入動態(tài)縮放因子提升算法的復雜優(yōu)化問題搜索性能，動態(tài)DE算法是一種以動態(tài)變異操作、交叉操作、為基礎的一種智能優(yōu)化算法，其中算法中的縮放因子根據(jù)迭代過程中動態(tài)情況運用遺傳機制的方式獲得。本發(fā)明根據(jù)將橋式吊車欠驅(qū)動特性，構(gòu)建位置系統(tǒng)滑模函數(shù)和負載角度系統(tǒng)滑模函數(shù)，設計等效控制率和切換控制率實現(xiàn)橋式吊車的有效控制。運用動態(tài)DE算法對對設計的滑模控制器參數(shù)進行調(diào)節(jié)，通過實驗來檢驗所提方法有效性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種橋式吊車防擺控制方法，尤其是一種基于滑模控制理論的橋式吊車防擺控制方法，屬于欠驅(qū)動吊車數(shù)據(jù)建模技術領域。

背景技術

橋式吊車是一種具有負載能力強、操作靈活、占地投資少等優(yōu)點的裝配設備，被廣泛地應用于港口、倉庫、重工業(yè)車間、建筑工地等場所的裝配運輸過程中。然而，橋式吊車系統(tǒng)是一類復雜非線性欠驅(qū)動系統(tǒng)，現(xiàn)實中經(jīng)常受到多種干擾因素的影響，主要包括臺車與導軌之間的摩擦力、空氣阻力等。設計有效的防擺系統(tǒng)，對橋式吊車安全高效的運行具有重要的意義。由于橋式吊車系統(tǒng)包含多個系統(tǒng)狀態(tài)變量，且這些變量之間具有強耦合性的特點，因而設計一個有效的橋式吊車控制系統(tǒng)是實現(xiàn)橋式吊車高效運作的關鍵。

滑模控制理論是一種非線性控制方法，是根據(jù)系統(tǒng)所期望的動態(tài)特性來設計系統(tǒng)的切換超平面，并通過滑動模態(tài)控制器使系統(tǒng)狀態(tài)從超平面之外向切換超平面收束。系統(tǒng)一旦到達切換超平面，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超平面到達系統(tǒng)原點。滑模控制方法能夠克服系統(tǒng)的不確定性，對干擾和未建模動態(tài)具有很強的魯棒性，尤其是對非線性系統(tǒng)的控制具有良好的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出一種基于滑模控制理論的橋式吊車防擺控制方法，并針對所設計的控制器參數(shù)配置問題，提出了一種動態(tài)DE算法，實現(xiàn)控制器參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)，以增強防擺控制性能。

為了達到以上目的，本發(fā)明提供了一種基于滑模控制理論的橋式吊車防擺控制方法，包括如下步驟：

步驟1.構(gòu)建滑模控制器：根據(jù)滑模控制理論，構(gòu)建橋式吊車滑模控制器，所述控制器包括臺車位置滑模函數(shù)、負載擺角滑模函數(shù)、等效控制率及切換控制率；

步驟2.構(gòu)建模糊自適應的DE算法：針對前述控制器的參數(shù)配置問題，構(gòu)建一種能夠增強DE算法搜索能力的動態(tài)DE算法，所述動態(tài)DE算法包括動態(tài)變異操作、交叉操作和選擇操作三種操作方式；

步驟3.執(zhí)行控制器參數(shù)調(diào)節(jié)機制：針對前述控制器中的復雜參數(shù)，對控制器中的性參數(shù)運用動態(tài)DE算法進行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的進一步限定技術方案為：所述步驟1中，

所述臺車位置滑模函數(shù)為：定義方程：s₁(x₁,x₂)＝c₁x₁+x₂為臺車位置滑模函數(shù)，其中，x₁,x₂為臺車位置和臺車速度，c₁為滑模函數(shù)系數(shù)；

所述負載擺角滑模函數(shù)為：定義方程：s₂(x₃,x₄)＝c₂x₃+x₄為負載擺角滑模函數(shù)，其中，x₃,x₄為負載擺角和負載擺角角速度，c₂為滑模函數(shù)系數(shù)。

其次，設定滑模控制率u＝u_eq+u_sw，u_eq為等效控制率，u_sw為切換控制率，分別定義為：