[发明专利]一种基于自抗扰技术的欠驱动桥式吊车双摆防摆控制方法

说明书

本发明提供一种基于自抗扰技术的欠驱动桥式吊车双摆防摆控制方法，属于桥式吊车防摆控制技术领域。该基于自抗扰技术的欠驱动桥式吊车双摆防摆控制方法包括如下步骤：S1：建立动力学模型；S2：建立微分跟踪器并根据微分跟踪器得到小车位移微分；S3：设计扩张观测器；S4：得到控制律。本发明中协调摆角和位移之间的矛盾，在系统模型不精确、存在外在扰动及非线性时，仍能保证双摆桥式吊车的控制性能，尽快减小摆角并完成运输任务，提高了系统的可靠性和效率。

技术领域

本发明属于桥式吊车防摆控制技术领域，涉及一种基于自抗扰技术的欠驱动桥式吊车双摆防摆控制方法。

背景技术

桥式吊车作为常见的货物搬运工具之一，桥式吊车被广泛应用于各个领域，如海港、核电站、钢厂、车间、道路建设等，发挥着极为重要的作用。对于桥式吊车系统而言，其主要控制目标为对负载的快速、准确“点对点”搬运。然而，由于吊车的欠驱动特性，加之系统易受到各种外界干扰的影响，在搬运过程中负载极易发生大幅摆动，严重影响了负载的定位精度，在降低系统工作效率的同时，带来了诸多的不安全因素。在一些特殊场合，对防摆控制有着非常高的要求，如在钢包吊运的过程中，大幅摆动会引起高温钢水的侧漏，造成安全事故。因此，如何保证台车的快速、准确定位，并充分抑制货物的摆动，是吊车控制所面临的首要问题。对于欠驱动吊车而言, 已有方法大都将负载摆动视为单摆进行处理. 然而当吊钩质量相比负载质量不可忽略或负载体积较大时, 负载会绕吊钩产生第二级摆动, 出现双摆效应, 使系统的摆动特性更为复杂, 欠驱动度更高,其控制更具挑战性。

随着“中国制造2025”的提出与实施，数字化工厂已经成为发展趋势。这对工厂运输的安全及效率提出了更高的要求，那么作为工厂最基础的运输工具，欠驱动桥式吊车的控制也需向高精度、高可靠性迈进。

就目前而言，由于缺乏高性能吊车自动控制方法，绝大多数吊车仍依靠人工操作，系统的工作效率完全依赖于工人师傅的操作经验。这种常规的操作方式体现出以下不足之处：1)对操作工人要求高，需要进行长时间的培训和长期的经验积累；2)操作效率低，消摆效果差，当台车到达目标位置后，须待负载摆动在空气阻力的作用下缓慢地衰减到一定程度后，方可进行下一步操作；3)定位精度差，在台车即将到达目标位置时，须反复调整其运动；4)长期连续工作易引发疲劳，导致误操作；5)安全系数低，伤亡事故频发。因此，亟待设计高效自动消摆定位控制方法来部分代替人工操作，减少人力劳动，提高系统的工作效率与安全性能，获得可观的经济效益。

桥式吊车由于其系统结构的高度非线性，以及摩擦力和空气阻力的影响，对其负载物位置的精确控制很难实现；而且负载物在台车运动过程中会出现摆动的现象，这大大增加了吊车系统的不安全因素。目前讨论较多的控制策略大都需要精确的控制模型，进而使用输入整形、最优控制理论等控制策略，虽然也取得了很好的效果；但考虑到工业控制过程中，精确模型大都很难得到，并且由于干扰的存在，这些控制策略有时难以实现甚至会使系统震荡。控制策略若能应对模型的不确定性和外在扰动，则方法可行性与实用性将进一步提高；而且研究在复杂的工业环境中使吊车能按照设计的性能指标安全可靠的运行，不但能可缓解工人的作业负担、提高吊车工作效率和安全系数，也为数字工厂的实现提供基础。

发明内容

本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于自抗扰技术的欠驱动桥式吊车双摆防摆控制方法，本发明所要解决的技术问题是：如何对双摆桥式吊车实现防摆控制。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种基于自抗扰技术的欠驱动桥式吊车双摆防摆控制方法，包括如下步骤：

S1：建立双摆桥式吊车系统的动力学模型；

S2：建立双摆桥式吊车系统的微分跟踪器并根据所述微分跟踪器得到小车位移微分；

S3：根据动力学模型中的摆角设计用以获取系统总扰动、摆角和摆角的微分的估计值的扩张观测器；