[發(fā)明專利]基于二階滑模干擾觀測器的變繩長橋式吊車防搖定位控制方法

有效

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• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113086844B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設計）人: 牛丹;郇旭威;李奇;陳夕松;李世華;劉國耀
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京科遠智慧科技集團股份有限公司;南京聞望自動化有限公司
• 主分類號: B66C13/06
• 分類號: B66C13/06;B66C13/22;G05B13/04
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發(fā)明提出了一種基于二階滑模干擾觀測器的變繩長吊車防搖定位控制方法，針對水平運送過程中同時進行吊繩升降操作的橋式吊車控制問題，利用歐拉?拉格朗日方法建立變繩長橋式吊車的系統(tǒng)模型，基于此模型設計了一種二階滑模干擾觀測器，來對變繩長橋式吊車的內部不確定性和外部干擾組成的復合干擾進行觀測，進而對滑模控制器計算的驅動力進行補償，提高了系統(tǒng)的定位精度和防搖效果，有效解決了變繩長橋式吊車在實際作業(yè)中軌道摩擦力變化和負載質量不一的問題，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾性，滿足橋式吊車在惡劣環(huán)境中的應用需求。同時本發(fā)明將橋式吊車的水平運動和升降運動相耦合，大大提高了實際作業(yè)中的運送效率。

技術領域

本發(fā)明具體涉及一種基于二階滑模干擾觀測器的變繩長吊車防搖定位控制方法，屬于吊車防搖定位控制技術領域。

背景技術

橋式吊車以其結構簡單、載荷大等優(yōu)點廣泛應用于港口、鋼鐵廠等運送作業(yè)現(xiàn)場中。然而作為一種典型的欠驅動系統(tǒng)，橋式吊車的欠驅動性使其在作業(yè)過程中不可避免的造成所吊送負載的搖晃。負載的劇烈搖晃一方面給作業(yè)現(xiàn)場帶來極大的安全隱患，另一方面還會影響吊車到達目標位置的定位精度。針對于橋式吊車的防搖定位控制問題，國內外學者研究出了一系列控制算法，諸如輸入整形、軌跡規(guī)劃等開環(huán)控制方法以及滑模控制、自適應控制、模糊控制等閉環(huán)控制方法。

橋式吊車的作業(yè)流程一般可分為：吊起負載、水平運送、放下負載三個階段。在實際吊車作業(yè)中，為了提高貨物運送效率，將負載升降階段與水平運送階段耦合，這就使定繩長橋式吊車的控制問題變?yōu)榱俗兝K長橋式吊車的控制問題。引入了吊繩升降電機驅動力這一新的控制量，這就帶來了新的控制問題：橋式吊車的吊繩繩長從一個常量變?yōu)橐粋€實時變化的變量，負載的搖擺頻率受繩長影響，如果不能處理好繩長這個變量，可能會造成愈發(fā)劇烈的負載振蕩。另一方面，吊繩的定位控制還需要對負載的重力進行補償，以免出現(xiàn)定位穩(wěn)態(tài)誤差。針對于實時變繩長橋式吊車的防搖定位控制問題，現(xiàn)有的控制方法較少，且其中的許多方法需要較為精確的吊車數(shù)學模型。尤其在升降負載的過程中，豎直方向上的定位精度極大地受限于負載質量的測算精度，測算每一次運送負載的精確質量，這在實際應用中難以實現(xiàn)。另外在臺車水平運動中，其軌道摩擦力易受環(huán)境溫度影響，不同季節(jié)和不同作業(yè)階段的溫度不同，就會造成軌道摩擦力參數(shù)的變化。同時，作業(yè)在露天環(huán)境的橋式吊車還存在風力、洋流等外部干擾。

因此，在解決變繩長橋式吊車防搖定位控制問題中，亟需對其內部不確定性和外部干擾組成的復合干擾進行觀測，補償?shù)踯嚨乃揭约柏Q直方向的驅動力，提高控制系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾性。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術的缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種基于二階滑模干擾觀測器的變繩長吊車防搖定位控制方法，具體包含以下步驟：

步驟1)將橋式吊車受到的外部干擾以及內部不確定性作為復合干擾，通過歐拉-拉格朗日方法建立變繩長橋式吊車系統(tǒng)的數(shù)學模型；

其中，M,m分別為臺車質量和負載質量；x(t),表示臺車的位移和二階導數(shù)即加速度；l(t),表示吊繩的繩長、繩速度以及繩加速度；θ(t),表示所吊送負載搖擺的角度、角速度以及角加速度；f_x(t),f_l(t)分別為吊車在水平方向和豎直方向的電機驅動力；φ_x(t),φ_l(t)分別為橋式吊車系統(tǒng)結合外部擾動和內部不確定性的復合干擾。

變換上述動態(tài)模型方程得：

其中d_x,d_l,d_θ為系統(tǒng)在三個方向上受到的復合干擾的另一種表現(xiàn)形式。