[發明專利]一種雙擺橋式吊車自適應模糊控制方法及系統

在審

• 申請號: 202111388221.7
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114084800A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 陳鶴;李夢元;張然
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B66C13/16
• 分類號: B66C13/16;B66C13/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

本發明提供一種雙擺橋式吊車自適應模糊控制方法及系統，其中，所提供的雙擺橋式吊車自適應模糊控制方法包括：確定雙擺橋式吊車系統的控制目標；基于控制目標，以及雙擺橋式吊車系統的運動學模型，確定雙擺橋式吊車系統中包含執行器死區的不確定項；利用自適應模糊控制系統擬合不確定項，構造自適應模糊控制器；利用自適應控制器，實時計算得到相應的控制驅動力，驅動雙擺橋式吊車運動，完成控制目標。本發明利用模糊邏輯系統擬合非線性函數的思想對包含執行器死區的不確定項進行補償，可以提高雙擺橋式吊車系統的控制精度。

技術領域

本發明屬于非線性欠驅動機電系統自動控制的技術領域，尤其涉及一種雙擺橋式吊車自適應模糊控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

欠驅動機械系統是指獨立控制輸入數目少于系統自由度數目的一類系統。與全驅動系統相比，欠驅動系統具有節能、降低成本、減輕系統質量等優點。隨著現代工業化的發展，吊車作為欠驅動系統的一種，在救災、工業生產、建筑工地等各個領域發揮著十分重要的作用。可按照機械結構的不同將吊車分為塔式吊車、橋式吊車、桅桿式吊車等等。橋式吊車作為應用最廣泛的一種，與其它吊車系統類似，其控制目標是快速、準確地運輸負載至指定位置。但在運輸過程中負載會因臺車加減速運動而產生擺動，這會對安全生產和工作效率造成一定的影響。目前，大多數吊車是由工人手動操作的，往往存在定位誤差和殘余擺動。此外，在惡劣工作環境和長時間艱苦工作的情況下，操作人員可能會誤操作，從而影響工作效率甚至造成安全事故。因此，為安全生產和提高工作效率，針對吊車系統設計自動控制方法是十分有必要的。

在過去的幾十年里，學者們針對吊車系統提出了一些高性能的控制方法，可分為開環控制、閉環控制以及智能控制三類。開環控制方法具有成本低、結構簡單、易于實現等優點，在沒有外界干擾的情況下能取得良好的控制效果。然而在實際應用中，吊車會不可避免地受到風等外界干擾或執行器死區等內部因素的影響，這會在一定程度上降低開環控制方法的控制性能。隨著傳感器等器件的不斷發展，可以實時檢測系統的運行狀態，這不僅為工作人員的操作提供了重要的參考依據，也為閉環控制方法的發展奠定了堅實的基礎。相較于開環控制方法而言，閉環控制方法有較好的魯棒性，更適用于有外界干擾的環境。一些智能控制方法在模型不精確或參數尋優方面有著突出的表現，但許多智能控制方法僅能通過仿真或實驗對控制性能加以驗證，無法從理論上確保閉環系統的穩定性。此外，當系統參數發生變化時，須重新設計控制方法，在實際應用中有很大的不便。

雖然學者們已經為雙擺吊車設計了一些有效的控制方法，但仍存在一些具有挑戰性的問題。具體來說，大多數控制方法都是為恒定繩長設計的，但為了提高工作效率，通常同時考慮臺車平移和負載升降。此外，許多控制方法忽略了死區等執行器的控制輸入不確定性。然而，輸入死區可能會降低控制性能，甚至在某些情況下會導致不穩定。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的第一個方面提供一種雙擺橋式吊車自適應模糊控制方法，同時考慮臺車平移和負載升降，并利用模糊邏輯系統擬合非線性函數的思想對執行器死區進行補償，以提高雙擺橋式吊車系統的控制精度。

為了實現上述目的，本發明主要包括以下幾個方面：

第一方面，本發明實施例提供一種雙擺橋式吊車自適應模糊控制方法，包括：

確定雙擺橋式吊車系統的控制目標；

基于所述控制目標，以及雙擺橋式吊車系統的運動學模型，確定雙擺橋式吊車系統中包含執行器死區的不確定項；

利用自適應模糊控制系統擬合所述不確定項，構造自適應模糊控制器；

利用所述自適應控制器，實時計算得到相應的控制驅動力，驅動雙擺橋式吊車運動，完成控制目標。