[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

本發明公開了一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法。該方法針對軌道式斗輪取料機切換取料點位置任務中，對斗輪取料機的取料斗輪位置精度和響應速度的控制問題，設計線性擴張狀態觀測器以估計高粉塵多渣土帶來的不確定摩擦、以及取料機所帶物料質量不同導致的參數不確定性等干擾。所獲得的總干擾估計值在主控制回路中補償后，由PID控制器輸出的控制量決定軌道式斗輪取料機的步進、俯仰和回轉速度。通過設計觀測器和合理選取反饋控制器增益，該方法在控制精度和響應速度方面取得良好的控制效果，同時有效提升了系統的抗干擾性能。

技術領域

本發明涉及一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，屬于斗輪取料機位置控制技術領域。

背景技術

料場作為大型儲存轉運基地，一般存在于港口、鋼廠、礦場等場所，用于存放煤礦石、金屬礦石等工業原料。工業物料一般以長條型料堆的形式堆放在料場中，軌道式斗輪取料機工作時，軌道式取料機需要沿平行于料條的軌道前進，并同時回轉、旋轉吊臂使得吊臂末端的斗輪到達給定取料點。取料開始后，斗輪所取出的物料會沿吊臂上的皮帶運輸到軌道邊的固定皮帶上，抵達下游生產線。

由于同一料條會被分為不同的料段，用以存放不同產地、不同批次、不同成分的物料。當軌道式斗輪取料機需要調整斗輪到新的取料點時，由于軌道式斗輪取料機運動學方程中存在非線性項；且前一次取料工作未運送到下游皮帶上的物料會累積在料機皮帶上，導致料機模型參數發生變化；此外由于料機的工作環境高粉塵、多砂土，料機運動期間易受到不確定性摩擦的干擾；故傳統的PID控制無法有效克服非線性環節，很難達到所需的位置精度和響應速度。

為了解決該問題，本發明設計線性擴張狀態觀測器以獲得系統內外的總干擾估計值，并在主控制回路中補償后，由PID控制器輸出的控制量決定軌道式斗輪取料機的步進、俯仰和回轉速度。通過選取合適的觀測器和反饋控制器增益，該方法在控制精度和響應速度方面取得良好的控制效果，同時有效提升了系統的抗干擾性能。

發明內容

為了克服所帶物料質量導致的參數不確定性、存在的不確定摩擦等未建模動態和非線性因素帶來的干擾，本發明提出一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法。在給定斗輪取料機取料位置點三維坐標后，該方法在控制精度和響應速度方面取得良好的控制效果，同時有效提升了系統的抗干擾性能。

為了達到以上目的，本發明采用以下的技術方案：

一種軌道式斗輪取料機位置切換抗干擾控制方法，包括以下步驟：

步驟1：計算出目標點三維直角坐標(x，y，z)對應到斗輪取料機三自由度上的位置量θ₀＝(d_{1_0}；θ_{2_0}；θ_{3_0})：

步驟2：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，差值作為PID控制器的輸入信號；

步驟3：根據取料機動力學模型：其中d為外部干擾，M(θ)為質量矩陣，為科羅拉多力矩陣，G(θ)為重力向量，為總干擾；