[发明专利]桥式吊车系统的全局滑模控制方法

说明书

本发明提供一种桥式吊车系统的全局滑模控制方法，包括：确定动力学模型；控制目标的确定；阻尼信号的设计及动力学方程的变换；设计控制律；控制方法的实现；本发明所提控制方法在实现桥式吊车系统的台车定位控制和消摆控制的同时保证了桥式吊车系统在运行全过程都具有良好鲁棒性，提高了桥式吊车的控制效率，降低了桥式吊车系统在实际运行时因外界干扰和不确定参数引发的安全问题的概率，具有良好的应用前景和经济效益。

技术领域

本发明属于欠驱动系统的控制技术，主要是一种桥式吊车系统的全局滑模控制方法。

背景技术

桥式吊车系统作为一种重要的运输工具，在各种工业场合应用广泛，其控制的主要目的是利用台车将负载尽可能快而准确地送到目标位置，即台车的定位控制，并在运输过程中有效控制负载摆角，使台车到达目标位置时负载摆角为零，即消摆控制。但由于桥式吊车系统的欠驱动特性，控制输入直接作用在台车上以控制台车的位移，而负载摆角由台车的运动间接控制，加大了控制难度。

目前，已有不少学者对桥式吊车系统进行了不同方面的研究。在文献[1]中将对台车位移的控制问题转换为跟踪控制问题，设计了一个新型的轨迹跟踪控制方法，使得台车的运行和控制量更为平滑。文献[2]考虑了在实际情况下台车质量、负载质量及吊绳长度难以准确测量的问题，提出了一个基于耗散定理的自适应控制方法，可在线估计台车质量、负载质量及吊绳长度。文献[3]和文献[4]分别考虑了桥式吊车系统最短时间轨迹规划问题和桥式吊车系统运输过程能量最优问题，并且前者还对负载摆角、台车的速度及加速度等进行了约束。除此之外，基于LQR的定位与防摆控制[5]、有限时间的定位控制[6]、离线轨迹规划方法[7]等都有学者进行过研究。

在桥式吊车系统实际运行过程中，极易受到外界干扰和不确定参数的影响，降低桥式吊车的控制效率。因滑模控制对不确定参数和外界干扰有良好的鲁棒性，关于桥式吊车系统的滑模控制有多位学者进行了研究，例如，文献[8]分别运用了传统的滑模技术和递阶滑模控制技术设计了桥式吊车系统的鲁棒控制器；针对变绳长的桥式吊车系统，有学者提出了基于动态滑模的防摆定位控制器[9]、自适应滑模控制[10]。一般而言，滑模控制的系统状态分为趋近模态和滑动模态，当系统状态处于滑动模态时，系统对不确定参数和外界干扰都具有良好的鲁棒性[11]，但该特性不存在于趋近模态，即不具有全程鲁棒性。

因此，需要对现有技术进行改进。

参考文献如下：

1.孙宁,方勇纯,陈鹤.欠驱动桥式吊车消摆跟踪控制[J].控制理论与应用,2015,32(8):326-333.

2.马博军,方勇纯,王宇韬,姜钟平.欠驱动桥式吊车系统自适应控制[J].控制理论与应用,2008,25(6):1105-1109.

3.Zhang X B,Fang Y C,Sun N.Minimum-time trajectory planning forunderactuated overhead crane systems with state and control constraints[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61(12):6915-6925.

4.Sun N,Wu Y M,Chen H,Fang Y C.An energy-optimal solution fortransportation control of cranes with double pendulum dynamics:design andexperiments[J].Mechanical Systems and Signal Processing,2018,102:87-101.

5.刘保朝,贾红雨,陈能祥.基于LQR算法的三维桥式吊车定位及防摆控制研究[J].计算机测量与控制,2018,26(6):89-93.