[發(fā)明專利]考慮橋式起重機(jī)雙擺效應(yīng)的增強(qiáng)阻尼型非線性控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110805809.1
• 申請日: 2021-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN113589692A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武憲青;趙義江;李鶴;張益波
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發(fā)明公開了一種考慮橋式起重機(jī)雙擺效應(yīng)的增強(qiáng)阻尼型非線性控制方法，在橋式起重機(jī)的電機(jī)尾部加裝增量式編碼器，由增量式編碼器測出臺(tái)車的位移的大小，然后由所述橋式起重機(jī)的非線性控制方法計(jì)算出所需控制的臺(tái)車位移以及吊鉤和負(fù)載擺動(dòng)的信號(hào)大小，進(jìn)而通過橋式起重機(jī)的電機(jī)控制臺(tái)車移動(dòng)到目標(biāo)位置，從而間接控制吊鉤和負(fù)載擺動(dòng)。本發(fā)明考慮了橋式起重機(jī)不可忽視的雙擺效應(yīng)，增強(qiáng)了所設(shè)計(jì)控制方法的實(shí)用性，從而使得設(shè)計(jì)的控制方法適用性更加廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于欠驅(qū)動(dòng)起重機(jī)系統(tǒng)的控制技術(shù)，具體是一種考慮橋式起重機(jī)雙擺效應(yīng)的增強(qiáng)阻尼型非線性控制方法。

背景技術(shù)

欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)是一種控制輸入個(gè)數(shù)少于被控自由度個(gè)數(shù)的系統(tǒng)，近年來在許多工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。橋式起重機(jī)作為一種常見的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，以其效率高、承載能力大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭等工業(yè)場所，主要進(jìn)行的工作是物料運(yùn)輸。但因其典型的欠驅(qū)動(dòng)特性，使得負(fù)載的控制不能由控制輸入直接控制，這便加大了對于橋式起重機(jī)控制方法研究的困難。

總之，對于橋式起重機(jī)控制的難點(diǎn)在于如何利用作用在臺(tái)車上的力來有效地使小車到達(dá)目標(biāo)位置，并抑制負(fù)載的擺動(dòng)。近幾十年來，許多學(xué)者對此進(jìn)行了深入的研究。一些學(xué)者利用輸入整形技術(shù)改變指令輸入信號(hào)，從而抑制和消除負(fù)載的擺動(dòng)。然而，作為一種開環(huán)控制方法，其控制性能極易受到外界干擾和系統(tǒng)參數(shù)不確定性的影響。閉環(huán)控制則是通過對系統(tǒng)狀態(tài)的測量和估計(jì)來抑制和消除負(fù)載的擺動(dòng)。與開環(huán)控制相比，其反饋控制對系統(tǒng)的不確定參數(shù)和外部干擾具有良好的魯棒性。基于閉環(huán)控制方法，一些學(xué)者將基于無源性的控制方法、自適應(yīng)控制方法、滑模控制方法以及一些智能控制方法等應(yīng)用于橋式起重機(jī)的控制中。

然而，上述的大多數(shù)控制方法都理想地將負(fù)載作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，而忽略了吊鉤的質(zhì)量。但在實(shí)際工作環(huán)境中，不能簡單的把吊鉤以及負(fù)載簡單地看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。考慮到上述情況，橋式起重機(jī)將表現(xiàn)出明顯的雙擺特性，使原有控制器的穩(wěn)定性下降甚至失效。

因此，需要一種能夠改進(jìn)上述缺陷考慮雙擺特性的橋式起重機(jī)的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種考慮橋式起重機(jī)雙擺效應(yīng)的增強(qiáng)阻尼型非線性控制方法，用以結(jié)合橋式起重機(jī)實(shí)際工作環(huán)境中存在的雙擺效應(yīng)和欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特性，將吊鉤以及負(fù)載的擺幅信號(hào)引入到控制器中來達(dá)到更好的控制效果，從而構(gòu)建一種對具有雙擺效應(yīng)起重機(jī)負(fù)載擺動(dòng)抑制具有優(yōu)越性能的控制方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種考慮橋式起重機(jī)雙擺效應(yīng)的增強(qiáng)阻尼型非線性控制方法，包括通過引入吊鉤以及負(fù)載的擺幅信號(hào)，基于起重機(jī)負(fù)載擺幅的能量函數(shù)引入了起重機(jī)的臺(tái)車運(yùn)動(dòng)的改進(jìn)阻尼抗擺信號(hào)，構(gòu)建了橋式起重機(jī)的非線性控制方法；在橋式起重機(jī)的電機(jī)尾部加裝增量式編碼器，由增量式編碼器測出臺(tái)車的位移的大小，然后由所述橋式起重機(jī)的非線性控制方法計(jì)算出所需控制的臺(tái)車位移以及吊鉤和負(fù)載擺動(dòng)的信號(hào)大小，進(jìn)而通過橋式起重機(jī)的電機(jī)控制臺(tái)車移動(dòng)到目標(biāo)位置，從而間接控制吊鉤和負(fù)載擺動(dòng)。

作為本發(fā)明的的一種考慮橋式起重機(jī)雙擺效應(yīng)的增強(qiáng)阻尼型非線性控制方法的改進(jìn)：

所述橋式起重機(jī)的非線性控制方法的建立過程如下；

步驟1、確立動(dòng)力學(xué)模型：

其中，臺(tái)車的位移表示為x，吊鉤以及負(fù)載的擺動(dòng)角度分別由θ₁，θ₂表示，分別為臺(tái)車的速度以及加速度，吊鉤擺動(dòng)的速度以及加速度分別由表示，負(fù)載擺動(dòng)的速度與加速度分別由表示，l₁為臺(tái)車與吊鉤之間的繩長，l₂為吊鉤與負(fù)載之間的距離，臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)力由F表示，重力加速度為g，m₁、m₂、m₃、m₄分別為如下表達(dá)式：