[發明專利]一種橋式吊車雙擺PI型Terminal滑模控制器設計方法及系統

有效

• 申請號: 202010896056.5
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112068428B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王天雷;邱炯智;徐進釗;張京玲;張昕;李秀平;黃錦濤;賴遠欽
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 孫浩

本發明公開了一種橋式吊車雙擺PI型Terminal滑?？刂破髟O計方法及系統，設計方法包括：定義橋式吊車系統雙擺模型；引入復合信號；定義PI型偏差信號為臺車期待軌跡與復合信號的差值；根據PI型偏差信號，定義Terminal滑模面；根據橋式吊車系統雙擺模型，定義名義模型；根據Terminal滑模面和名義模型，得到PI型Terminal滑?？刂破?。采用雙擺模型，滑模面在有限時間收斂，能夠預知收斂時間；通過引入復合信號，從而增強臺車位移與吊鉤擺角以及負載擺角之間的耦合關系，保證控制系統的穩態性能，并且充分考慮欠驅動非線性系統的強耦合性，在工程應用中容易獲得較好的控制效果；采用名義模型的設計方法，對外界干擾、參數攝動和未建模態具有較強的魯棒性。

技術領域

本發明涉及橋式吊車領域，特別涉及一種橋式吊車雙擺PI型Terminal滑?？刂破髟O計方法及系統。

背景技術

橋式起重機系統是一個典型的欠驅動系統，其中欠驅動系統是一類控制輸入個數少于自由度個數的非線性系統，也即系統的控制輸入維數要少于系統位形空間的維數，具有結構緊湊、活動靈活、成本低、能耗低、質量輕等諸多優點。欠驅動橋式吊車的控制問題得到了國內外眾多學者的關注，并取得了很多重要的研究成果。不過到目前為止，仍然有一些難點問題亟待解決。

目前，橋式起重機系統的參數之間具有一定的耦合性，但是橋式吊車滑?？刂破鲗顟B量的耦合關系沒有有效利用，導致參數的調節過程復雜繁瑣，控制效果差，不能夠保證控制系統的穩態性能，對外界干擾、參數攝動和未建模態的魯棒性差，而且滑模面不能夠在有限時間收斂，無法預知收斂時間。

發明內容

本發明的目的在于至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種橋式吊車雙擺PI型Terminal滑?？刂破髟O計方法及系統，能夠預知收斂時間、保證控制系統的穩態性能和具有較強的魯棒性。

本發明解決其技術問題的解決方案是：

第一方面，本發明提供了一種橋式吊車雙擺PI型Terminal滑?？刂破髟O計方法，包括：

定義橋式吊車系統雙擺模型；

引入復合信號；

定義PI型偏差信號為臺車期待軌跡與所述復合信號的差值；

根據所述PI型偏差信號，定義Terminal滑模面；

根據所述橋式吊車系統雙擺模型，定義名義模型；

根據所述Terminal滑模面和所述名義模型，得到PI型Terminal滑?？刂破?。

進一步，所述復合信號具體為：

其中，δ(t)為復合信號，α、β為正的控制器增益，x為臺車位移，θ為吊鉤擺角，為負載擺角。

進一步，所述Terminal滑模面具體為：

其中，s(t)為Terminal滑模面，ζ為PI型偏差信號，為ζ的一階導數，γ₁和γ₂為正的常數，q和p為奇數，而且0p2q。

進一步，所述名義模型具體為：

其中，q為狀態向量為q的一階導數，為q的二階導數，M₀(q)為正定質量慣性矩陣M(q)的近似矩陣，為離心力矩陣的近似矩陣，G₀(q)為重力向量G(q)的近似矩陣，ΔM為M(q)的建模誤差，ΔC為的建模誤差，ΔG為G(q)的建模誤差。

進一步，所述PI型Terminal滑模控制器具體為：