[發明專利]基于自抗擾控制器的雙擺塔式吊車的防擺控制方法及系統

有效

• 申請號: 202111486519.1
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114195009B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 柴琳;康新宇;劉惠康;郭啟航;劉馨
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B66C13/06
• 分類號: B66C13/06;B66C13/22;B66C13/48;G06F30/20;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

1.一種基于自抗擾控制器的雙擺塔式吊車的防擺控制方法，其特征在于，所述基于自抗擾控制器的雙擺塔式吊車的防擺控制方法包括：

步驟一，構建塔式吊車二級擺效應的動力學模型，基于所述動力學模型利用新型非線性函數改進自抗擾控制器；

步驟二，構建改進型擴張觀測器，根據改進的自抗擾控制器與改進型的擴張觀測器進行雙擺塔式吊車的防擺控制；

所述步驟一構建塔式吊車二級擺效應的動力學模型包括：

根據拉格朗日方程建立二級擺塔式吊車系統的動力學模型如下：

?；

；

?；

?；

；

；

其中，J₀表示塔吊旋臂轉動慣量；M_t表示臺車質量；m₁表示吊鉤質量；m₂表示負載質量；?x表示臺車沿塔臂方向上的位移；x_d表示臺車的期望位移；α表示旋臂回轉角度；l₁表示臺車與吊鉤間的繩長；l₂表示吊鉤與負載間的繩長；F_x表示臺車變幅驅動力；θ₁表示吊鉤在旋臂與塔身平面內擺角；θ₂表示吊鉤在旋臂與塔身平面外擺角；θ₃表示負載在旋臂與塔身平面內擺角；θ₄表示負載在旋臂與塔身平面內擺角；g表示重力加速度；

所述步驟一基于所述動力學模型利用新型非線性函數改進自抗擾控制器包括：

利用新型非線性kas(e,γ,δ)函數改進自抗擾控制器，得到基于比例微分控制形式的非線性積分串聯型控制器；

所述kas(e,γ,δ)函數如下：

；

其中，e表示誤差信號，γ表示非線性因子，δ表示線性段的區間跨度。

2.如權利要求1所述基于自抗擾控制器的雙擺塔式吊車的防擺控制方法，其特征在于，所述步驟一利用新型非線性函數改進自抗擾控制器還包括：

（1）構建微分跟蹤器：

；

其中，v(k)為輸入信號微分后離散量，x(k)為函數x(t)在kh時刻的值，；表示最速綜合函數，用于快速跟蹤目標值輸入，其公式可表示為：

；

其中，h表示采樣間隔時間；r用于決定控制器的響應速度；h₀=n*h，n取1~20整數；

（2）構建基于新型光滑函數即非線性kas(e,γ,δ)函數的非線性狀態誤差反饋控制律：

；

其中，；k₁、k₃、k₅表示比例調節因子；k₂、k₄、k₆表示微分調節因子；kas(e,γ,δ)函數表示改進后的冪次函數；u₁表示3組級聯的非線性PD控制率的疊加輸出；z₁、z₂為擴張觀測器的輸出值；v表示微分跟蹤器輸出值。

3.如權利要求1所述基于自抗擾控制器的雙擺塔式吊車的防擺控制方法，其特征在于，所述步驟二改進型擴張觀測器如下：

；

其中，β₀₁、β₀₂、β₀₃、β₀₄表示增益參數；z₁(k)、z₂(k)表示塔吊系統的狀態；z₃(k)表示被改進后的擴張狀態；b₀表示補償因子；x₁(k)在此系統中表示變幅位移的離散量；x₂(k)表示變幅速度的離散量；δ₁、δ₂表示kas(·)函數的線性區間；h表示系統的采樣周期；F_x表示系統輸入的臺車變幅驅動力；γ₀₁、γ₀₂表示非線性因子，取值范圍在0~1之間。