[發明專利]一種基于分層非奇異終端滑模的橋吊消擺與定位的控制系統及方法

在審

• 申請號: 202011334534.X
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112748662A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 何禎鑫;王欣;馮永保;王杰;強寶民
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明提供的一種基于分層非奇異終端滑模的橋吊消擺與定位的控制系統及方法，包括以下步驟：步驟1，根據二維定繩長橋吊系統確定控制目標；步驟2，根據二維橋吊系統的狀態方程結合分層滑膜理論，分別構建兩個子系統的非奇異終端滑模面；步驟3，根據步驟2構建的兩個子系統的非奇異終端滑模面構建局部控制量飽和的非奇異終端滑模控制器；步驟4，通過步驟3構建得到的局部控制量飽和的非奇異終端滑模控制器對二維定繩長橋吊系統進行控制；本發明面對橋吊控制中可能出現的實際問題，提出的方法具有良好的針對性和實用性。

技術領域

本發明屬于欠驅動系統的控制技術，主要是一種基于分層非奇異終端滑模的橋吊消擺與定 位的控制系統及方法。

背景技術

橋吊是一種典型的用于貨物轉運的欠驅動循環、間歇起重設備，在鋼廠、修理廠、航空航天 等場所有大量應用。橋吊系統由于采用鋼絲繩連接起重機和負載，屬于一類強耦合、非線性的欠 驅動系統。由于橋吊系統的欠驅動特性使得負載會隨臺車移動而產生不可驅動擺角，加之參數不 確定性和各種擾動因素的影響，使得擺角和臺車位置之間產生強耦合、非線性關系，給橋吊的控 制帶來了困難，降低了工作效率，增大了安全隱患。近年來，眾多國內外研究人員對橋吊系統控 制方法進行大量深入研究，在各種控制方法方面也取得一定進展，大致包括輸入整形、線性控制、 最優控制、以及滑模控制等傳統控制方法，以及神經網絡控制、模糊控制、自適應控制等智能控 制方法。橋吊的控制目標綜合來講，是通過對臺車進行控制來實現快速準確地運送負載，且保持 運送過程中盡可能小的負載擺角，這將增加控制難度，一直以來是研究的熱點和難點問題。因此， 在橋吊系統消擺與定位控制方法研究中，學者們一直在狀態收斂速度、控制方法魯棒性、定位精 度、狀態量或控制量約束等方面深入開展研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于分層非奇異終端滑模的橋吊消擺與定位的控制系統及方 法，解決了現有的橋吊控制方法存在工作效率低、安全隱患大的缺陷。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明提供的一種基于分層非奇異終端滑模的橋吊消擺與定位的控制方法，包括以下步驟：

步驟1，根據二維定繩長橋吊系統確定控制目標；

步驟2，根據二維橋吊系統的狀態方程結合分層滑膜理論，分別構建兩個子系統的非奇異 終端滑模面；

步驟3，根據步驟2構建的兩個子系統的非奇異終端滑模面構建局部控制量飽和的非奇異 終端滑模控制器；

步驟4，通過步驟3構建得到的局部控制量飽和的非奇異終端滑模控制器對二維定繩長橋 吊系統進行控制。

優選地，步驟1中，所述控制目標指：在臺車作用下，橋吊能夠快速、準確地將負載運送 至目標位置，同時保證負載擺動快速收斂；

所述控制目標通過下式進行表示：

其中，ε表示引入抗擺信號后的定位誤差；γ為臺車位移引入抗擺信號之后的運動信號；p_d為期望的臺車位置。

優選地，步驟2中，分別構建兩個子系統的非奇異終端滑模面，具體方法是：

S201，將系統狀態方程和分層滑模理論相結合，分別得到兩個子系統的非奇異終端滑模面， 其中，兩個子系統分別為單獨位置子系統和擺角子系統；

所述單獨位置子系統和擺角子系統的非奇異終端滑模面分別通過下式表示：