[發明專利]一種考慮橋式起重機干擾的連續滑模控制方法

有效

• 申請號: 202110579101.9
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113311707B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 武憲青;趙義江;王增剛;柯飂挺
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明屬于欠驅動起重機系統的控制技術，本發明公開了一種考慮橋式起重機干擾的連續滑模控制方法：引入了未知擾動W并構建了只存在滑動階段的滑模面s，建立連續滑模控制器，然后由增量式編碼器測出橋式起重機的臺車位移的大小，由連續滑模控制器計算出所需控制的臺車位移以及負載擺動的信號大小，進而通過橋式起重機電機控制小車移動，并間接控制負載擺動。本發明所設計的連續滑模控制方法可以更好的提高系統的穩定性，并降低了實際操作過程中可能存在的安全隱患。

技術領域

本發明屬于欠驅動起重機系統的控制技術，具體是一種考慮橋式起重機干擾的連續滑模控制方法。

背景技術

橋式起重機近年來已成為現代工業領域的研究熱點，其作為一種典型的欠驅動機械設備被廣泛應用于港口、工廠、車間等工業場所，主要進行的工作是物料運輸，即將負載快速且精準地從初始位置運送到目標位置，同時抑制負載的擺動。雖然橋式起重機具有運輸效率高、能耗低、機械結構簡單等優點，但是其欠驅動特性卻加大了控制問題的研究難度。所謂欠驅動即是指控制輸入個數少于被控自由度個數，所以存在被間接控制的控制目標，加大了控制系統的設計難度。

目前，針對欠驅動橋式起重機的控制問題，已有不少學者進行了深入的研究。現有的研究成果主要分為兩個方面：開環控制和閉環控制。其中一種典型的開環控制方法是通過改變指令輸入信號來消除橋式起重機系統的負載擺動。另一種控制方法為閉環控制，閉環控制是指通過對系統狀態的測量和估計來抑制和消除負載的擺動，從而獲得精準的定位。相比開環控制，閉環控制對外部干擾和參數變化的敏感度要低的很多。現有的閉環控制主要包括自適應控制、滑模控制等。此外，一些學者還提出了一些智能控制方法如模糊控制、神經網絡控制等。

對于橋式起重機的工作環境而言，一些不可避免的外界干擾會對起重機的精確控制帶來影響，滑模控制可以很好消除外界干擾對系統穩定的影響，是一種魯棒控制方法。但現有大多數基于滑模控制的控制方法都是不連續的，如文獻中采用的滑模控制方法都是不連續的，對于系統而言，控制的不連續性必然引起系統的抖振，嚴重時甚至會引起安全事故。

發明內容

本發明要解決的技術問題是一種考慮橋式起重機干擾的連續滑模控制方法，用以橋式起重機使其具有良好魯棒性的連續控制，避免起重機實際應用過程中存在的安全隱患，提高起重機的工作效率。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種考慮橋式起重機干擾的連續滑模控制方法，包括引入了未知擾動W并構建了只存在滑動階段的滑模面s，建立連續滑模控制器，然后由增量式編碼器測出橋式起重機的臺車位移的大小，由連續滑模控制器計算出所需控制的臺車位移以及負載擺動的信號大小，進而通過橋式起重機電機控制小車移動，并間接控制負載擺動。

作為一種考慮橋式起重機干擾的連續滑模控制方法的改進：

所述連續滑模控制方法包括以下步驟：

步驟一、確立動力學模型

橋式起重機系統的動力學方程為：

其中，M為臺車的質量，m為負載的質量，l為吊繩的長度，x為臺車的位移，為臺車的速度，為臺車的加速度，θ為負載擺動的角度，為負載擺動的角速度，為負載擺動的角加速度，F_x為作用于臺車的驅動力，g為重力加速度，W為不確定的未知擾動，

其中，表示干擾項W，表示干擾項W的導數的上界；

步驟二、確立控制目標

控制目標為：

其中，p_dx為臺車的控制目標位置，^T表示矩陣的轉置，

其中，t為時間；