[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

本發明涉及一種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，涉及橋式吊車卷揚控制的技術領域，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；基于測量變量繩擺長度獲得最優反饋全狀態觀測器的估計模型；基于待觀測控制模型進行模型轉換，結合估計模型和模型轉換得到實際控制器；并利用實際控制器得到橋式吊車控制卷揚方法，進一步的，利用上述控制器生成方法，得到待觀測控制模型獲取模塊、估計模型獲取模塊和實際控制器生成模塊，從而生成控制系統。與現有技術相比，具有提高橋式吊車運送效率的效果。

技術領域

本發明涉及橋式吊車控制的技術領域，尤其是涉及一種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。

背景技術

橋式吊車是典型的非線性機械系統，它利用長繩將負載與吊車相連，并通過吊車的運動來將負載運送到指定的位置，橋式吊車在港口、倉庫、建筑工地等場所都得到了廣泛的應用。近幾十年來，如何對橋式吊車實現精準的全自動化控制，從而提高運送效率、定位精度和安全系數是當前工業領域中的研究熱點問題。

傳統的橋式吊車控制方法中，大都依賴于吊車系統的具體數學模型。然而，在橋式吊車工作過程中，由于系統變量之間的耦合特性，不同運送批次之間負載變化以及風向、碰撞等外界不確定因素干擾，使獲得橋式吊車的系統準確參數模型具有難度，即橋式吊車卷揚系統的準確模型未可知，從而使得橋式吊車卷揚系統位置跟蹤控制效果較差，導致橋式吊車運送效率較低。

隨著模型估計及數據驅動控制理論的發展，以模糊控制與神經網絡為代表的智能控制方法，為控制設計擺脫準確參數模型提供了方法和依據。但模糊控制需要專家和操作人員的豐富經驗；神經網絡系統需要大量豐富的數據，并且缺乏嚴謹的推理過程和選擇依據，這些特征導致它們在控制系統的在線調節問題上面臨較大困境。由高欽和和董家臣發表在《控制與決策》上的論文“線性擴張狀態觀測器的觀測誤差討論”，由陳志翔和高欽發表在《控制理論與應用》上的論文“線性/非線性切換擴張狀態觀測器”以及由邵星靈和王宏倫發表在《控制與決策》上的論文“線性擴張狀態觀測器及其高階形式的性能分析”基于對系統非線性項、不確定項及擾動的估計，使控制系統形成簡單的串聯積分型控制，在參數選取合理的情況下，可獲得滿意的效果。但在另一個角度上講，積分器串聯型結構，限制了估計方法的應用范圍和控制方案的廣泛應用。同時，該方法在觀測器設計過程中，僅針對觀測誤差實施反饋設計，無法保證每個觀測變量的運行軌跡，基于此類觀測器設計出的控制器，還是無法保證橋式吊車卷揚系統位置跟蹤的控制效果及較高的橋式吊車運送效率。

發明內容

本發明目的一是提供一種橋式吊車卷揚控制器生成方法，具有有助于提高運送效率的特點。

本發明的上述發明目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種橋式吊車卷揚控制器生成方法，所述生成方法包括：

待觀測控制模型獲取，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為已知控制控制系數；

估計模型獲取，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，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。

通過采用上述技術方案，通過配置的最優全反饋狀態觀測器，充分利用最優全反饋狀態觀測器內部全部狀態信息；通過繩擺長度的反饋，并結合估計模型對繩擺長度和速度進行估計，對模型進行控制設計，得到實際的橋式吊車卷揚控制器，從而有助于根據得到的橋式吊車卷揚控制器對接下來的繩擺運動狀態進行調整，進而有助于提高吊車卷揚的運送效率。