[發明專利]橋式吊車卷揚控制器生成方法、控制方法及控制器生成系統

有效

• 申請號: 202010627936.2
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111824958B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 黃靜雯;陶浩;康博涵;孫建橋
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B66C13/18
• 分類號: B66C13/18;B66C13/48;B66C13/16
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 趙萬凱

1.一種橋式吊車卷揚控制器生成方法，其特征在于，所述生成方法包括：

待觀測控制模型獲取(101)，根據橋式吊車卷揚控制系統結構，對橋式吊車卷揚控制系統進行動力學分析，建立卷揚系統動力學結構下的待觀測控制模型：

其中，y(t)表示卷揚控制的繩擺長度，f(t)表示卷揚系統中包含已有模型、未建模動態以及不確定擾動信息的待觀測模型，u(t)表示卷揚系統的控制輸入，b為已知控制系數；

估計模型獲取(102)，基于測量變量y(t)獲得最優反饋全狀態觀測器的估計模型；以及，

實際控制器生成(103)，基于所述待觀測控制模型進行模型轉換，結合所述估計模型和模型轉換得到實際控制器；

所述估計模型獲取(102)的具體方法包括：

對所述待觀測控制模型進行系統擴展，得到系統擴展矩陣；基于所述系統擴展矩陣定義系統觀測器；

根據所述系統觀測器定義全狀態的虛擬控制器，基于定義性能指標J_v獲得二次型最優反饋率k，結合二次型最優反饋率k和所述虛擬控制器得到最優反饋全狀態觀測器；以及，

基于所述最優反饋全狀態觀測器，得到包含f(t)并適用于控制設計的估計模型

所述估計模型獲取的具體方法包括：

對所述待觀測控制模型定義擴展狀態x(t)＝[x₁(t),x₂(t),x₃(t)]^T，得到系統擴展矩陣：

y(t)＝Cx(t) (2)

其中，u(t)表示卷揚系統的控制輸入，h(t)為f(t)的導數，

n為動態系統的階次；N＝[0_(n-1)×1；1]；

擴展狀態空間描述的特征在于，A_c和B_c形式不唯一，能夠根據系統本身階次以及控制設計所需結構進行矩陣配置，從而獲得符合實際控制設計所需的狀態間模型形式；針對橋式吊車卷揚控制系統，A_c和B_c被配置為可控標準型，即

根據A_c和B_c的配置，針對卷揚系統所構建的擴展矩陣可表示為：

定義g(t)＝f(t)+x₁(t)+x₂(t)，基于公式(2)，則h(t)為g(t)的導數；

因此，公式(2)等價于

此時，x(t)＝[x₁(t),x₂(t)]^T；基于公式(2)中對C的定義，有y(t)＝x₁(t)，后續部分均將繩擺長度x₁(t)直接作為測量變量；

定義擴展狀態向量為：

z＝[z₁,z₂,z₃]^T (4)

其中，z₁表示測量變量x₁(t)的估計量，z₂表示測量變量x₁(t)采用導數估計后的值，z₃表示系統模型g(t)的估計；

基于公式(4)，定義卷揚系統的系統觀測器為：

其中，A_v＝A，v為系統觀測器的虛擬控制器,用于設計和配置系統觀測器參數；虛擬控制器充分利用系統觀測器全部狀態及全部狀態的反饋信息，驅動系統觀測器對系統狀態進行跟蹤，從而獲得模型g(t)的估計所述虛擬控制器的維數和形式，根據跟蹤需要進行靈活配置；在卷揚系統中，定義為v為3×1維，B_V＝eye(3)；

通過定義以下性能指標

獲得線性二次型最優反饋率

k＝lqry(A_v,B_v,C_v,D_v,Q_v,R_v) (6)

其中，C_v＝eye(3)，D_v＝zeros(3,3)，Q_v和R_v為待調節系數；

將虛擬控制器設計為

v＝-kz+kRef (7)

其中，Ref＝[x₁(t),ref₂,ref₃]^T，且有為的導數估計，為的導數估計，能夠通過導數估計方法獲得；

最后將公式(7)所示虛擬控制器代入公式(5)所示系統觀測器，得到最優反饋全狀態觀測器，同時獲得所述估計模型