[發明專利]一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法

有效

• 申請號: 202110384195.4
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113110027B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 牛丹;丁超冉;李奇;陳夕松;孫長銀;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: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

1.一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將軌道式斗輪取料機等效為具有三自由度的機器臂模型，獲得目標點三維直角坐標對應到三自由度上的位置量θ₀＝(d_{1_0}；θ_{2_0}；θ_{3_0})；

步驟2：根據實時測量的θ＝(d₁；θ₂；θ₃)，計算出θ坐標與θ₀坐標的差值，作為PID控制器的輸入x；

步驟3：根據取料機動力學模型：以及實時測量的θ＝(d₁；θ₂；θ₃)，計算出建模后的質量系數矩陣M(θ)；

改寫模型為其中d為外部干擾，為總干擾；

步驟4：設計線性擴張狀態觀測器：在主回路中補償總干擾估計值獲得對的控制量；

步驟5：設計PID控制器，控制器輸出為其中K_p、K_d分別為比例系數和微分系數，θ₀、是斗輪機自由度上的目標位置點、目標位置的變化率，θ、分別為斗輪中心實時坐標、斗輪中心實時坐標的變化率；設定K_p＝ω_c²，K_d＝2ω_c，其中ω_c為選取的控制回路帶寬；選取補償后的斗輪取料機模型為：當總擾動的估計值收斂于系統真實總擾動時，其中u為PID控制器輸出，為觀測器估計總擾動,τ₀為補償擾動后的模型。

2.根據權利要求1所述的一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，其特征在于，步驟1中，該模型的運動學方程為：

其中(x,y,z)為目標點三維直角坐標，d₁為大車平移位移量，θ₂、θ₃為兩個關節的旋轉角度，L₁為行走關節到回轉關節的直線長度，L₂為回轉機構到連接件的直線長度，L₃為連接件到俯仰機構的直線長度，L₄為俯仰機構到斗輪中心的距離。

3.根據權利要求2所述的一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，其特征在于，步驟1所述機器臂模型具有的三自由度分別為：沿軌道平動、大臂俯仰旋轉運動和大臂的水平回轉運動。

4.根據權利要求3所述的一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，其特征在于，步驟2中，在三個自由度上的位移d₁、回轉角度θ₂和俯仰角度θ₃可由傳感器測得θ＝(d₁；θ₂；θ₃)，將斗輪取料機目標取料位置坐標θ₀＝(d_{1_0}；θ_{2_0}；θ_{3_0})與采集到的斗輪中心實時坐標位置θ＝(d₁；θ₂；θ₃)作比較、目標取料位置坐標變化率與斗輪中心實時坐標變化率作比較，差值作為PID控制器的輸入信號。

5.根據權利要求4所述的一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，其特征在于，步驟4中，

將傳感器測得位移信號、角度信號以及由此得出的速度信號、角速度信號用于擴張狀態觀測器采用線性擴張狀態觀測器：計算干擾估計值時，代表觀測出的三個誤差分量與真實總擾動的誤差，可以得到：在條件下，誤差均為有界值；其中β₁、β₂、β₃為設計的線性擴張狀態觀測器增益，為選取的線性擴張狀態觀測器狀態量，為對總干擾量的觀測值。

6.根據權利要求1所述的一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，其特征在于，設定擴張狀態觀測器的帶寬為ω_o＝(3～5)ω_c，β₁＝3ω_o，β₂＝3ω_o²，β₃＝ω_o³，K_p＝ω_c²，K_d＝2ω_c，其中ω_c為選取的控制回路帶寬。