[发明专利]欠驱动桥式吊车全局稳定控制方法

说明书

本发明提供了一种欠驱动吊车全局稳定控制方法，包括：建立欠驱动桥式吊车系统的动力学模型；通过同胚坐标变换简化所述动力学模型，以获得欠驱动桥式吊车的等效状态方程；基于所述等效状态方程设置输入干扰预估器、反馈控制器以及状态观测器；根据所述欠驱动吊车的控制参数，设置反馈控制器的约束条件，并将欠驱动桥式吊车的已知参数代入到干扰预估器、反馈控制器以及状态观测器中，以通过所述干扰预估器、反馈控制器以及状态观测器控制欠驱动吊车中小车的摆动。从而使得小车能够很好的定位，并消除负载摆动，保证系统具有稳定性和很好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体地，涉及欠驱动桥式吊车全局稳定控制方法。

背景技术

欠驱动机械系统是指驱动器个数少于自由度个数的机械系统，与全驱动机械系统相比，驱动器个数的减少使得这类系统具有重量轻、能耗低、运动灵活等特点。然而，这也将系统的状态量束缚在运动空间中一个不确定的位形上，从而大大增加了这类系统控制设计的难度。近二十年来，欠驱动机械系统的控制问题一直是工程控制领域中一个极具挑战性的课题。当完全驱动系统的部分执行机构出现故障时,亦会退化为欠驱动系统。由于欠驱动系统缺少了部分执行器,其动力学特性与耦合性往往比完全驱动系统更为复杂，因此其控制器的设计更具挑战性。

欠驱动桥式吊车作为欠驱动机械系统的一类典型代表，对桥式吊车而言，制约其工作效率与安全性的最大因素是由于惯性或外界干扰引发的货物空间摆动。目前的控制策略，可以根据是否需要信号反馈，划分为开环控制与闭环控制两类。开环控制方法的核心思想是充分利用台车运动与负载摆动间的非线性动态耦合关系，合理地规划台车运动，实现消摆与定位的双重目标。开环控制的代表性方法包括输入整形、轨迹规划等。

目前，基于开环控制策略的控制器，由于结构简单、易于实现、无需额外传感器等优点而得到比较广泛的应用。但由于开环控制完全不具备抗干扰能力，而闭环控制策略的研究成果实用性又不强，究其原因是由于缺乏实用而经济的状态信息检测方法。很多对起重机消摆方面的研究主要集中在对载荷摆振模型的研究及控制，而把驱动系统假设为理想环节不做研究，这对于驱动系统惯性较大，与载荷相比无法忽略时，就会产生较大的误差。针对整个起重机系统，取消小车驱动部分是理想情况的假设。对小车驱动系统的特性进行研究，将驱动系统和小车吊重系统作为一个整体系统来研究和控制，从而可以更好的了解起重机系统的工作情况，为消摆控制器的研制起到更好的推动作用。但是，通过基于状态观测器的状态反馈控制方法实现闭环控制的最大问题是摆角以及摆速等信息的采集。

为克服现有开环、闭环控制方法存在的诸多不足之处，提升桥式吊车系统在复杂工作环境中的性能，亟待设计出一种闭环控制策略，能够在存在上述提及的约束与不确定性因素的情况下，实现对欠驱动桥式吊车系统的高性能控制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种欠驱动桥式吊车全局稳定控制方法。

根据本发明提供的一种欠驱动桥式吊车全局稳定控制方法，包括：

建立欠驱动桥式吊车系统的动力学模型；

通过同胚坐标变换简化所述动力学模型，以获得欠驱动桥式吊车的等效状态方程；

基于所述等效状态方程设置输入干扰预估器、反馈控制器以及状态观测器；其中，所述输入干扰预估器用于对欠驱动桥式吊车非线性等价干扰部分进行实时估计；所述反馈控制器用于对欠驱动桥式吊车的线性部分进行反馈控制；所述状态观测器用于估计出等价干扰估计值用于补偿扰动对系统造成的影响；

根据所述欠驱动桥式吊车的控制参数，设置反馈控制器的约束条件，并将欠驱动桥式吊车的已知参数代入到输入干扰预估器、反馈控制器以及状态观测器中，以通过所述输入干扰预估器、反馈控制器以及状态观测器控制欠驱动桥式吊车中小车的摆动。

可选地，所述欠驱动桥式吊车系统的动力学模型如下：