[发明专利]一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法

说明书

本发明公开了一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，基于二维桥式起重机动力学模型，针对三段式加速度的缺点，采用相平面分析法，以三段式加速度为基础并引入加速度平滑过度环节，获得便于应用的解析表达式并设计控制系统，减少加速度变化对台车的直接冲击，兼顾台车精准定位与负载防摆的要求，同时提高了系统的响应速度；与现有轨迹控制方法比较，该方法能够使台车准确到达指定位置并防止负载摆动，同时有效减小加速度变化对台车的冲击，达到更加的控制效果，解决了桥式起重机运输过程中台车牵引吊绳引起负载惯性摆动与定位时负载残余摆动、负载定位精度低及负载摆动剧烈的问题，实现桥式起重机负载吊运时高效的定位防摆控制。

技术领域

本发明涉及桥式起重机控制技术领域，特别涉及一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法。

背景技术

目前，桥式起重机作为运输机械，广泛的应用于国民经济建设的各个领域，并发挥着极其重要的作用。为创造更大价值，桥式起重机的工作效率必须不断提高，而安全运行指标、台车定位及负载防摆的性能在很大程度上决定了桥式起重机的运送效率。

针对桥式起重机的定位防摆，国内外学者进行了广泛的研究，其中较为经典的是以二维桥式起重机动力学模型为基础，设计开环与闭环的控制方法。闭环控制需要借助于各种距离、速度、角度、重力传感器来实时监测桥式起重机运行状态，但该方法导致桥式起重机控制系统设计复杂、稳定性变差且成本倍增；开环控制方式则简便易行，并在实际工程中控制效果良好，具有可靠、普遍性。

其一，开环控制方法以输入整形、轨迹规划最具代表性。现有技术中，通过分析自然振荡频率与阻尼比，设计时滞滤波器，对摆动进行有效的控制。随后经过不断研究，设计了一种PD结合输入整形控制的消摆方法，对摆动具有显著的抑制作用。但此种方法将桥式起重机模型在平衡点附近的摆角线性化，若摆动超出线性化值，则摆角变化将很难判断；

其二，另外，现有技术中还通过构造一条S形轨迹，并设计自适应跟踪控制器对其进行跟踪控制，实现定位防摆；但该S形轨迹仅有定位性能，不能够消除负载摆动，负载摆动的抑制性能完全由跟踪控制器实现；

其三，现有技术中，采用迭代学习来规划桥式起重机运行的轨迹，并且在伺服电机控制的桥式起重机实验平台上获得较好的控制效果；但该方法应用时须进行迭代优化，且无法保证台车最大速度、最大加速度、负载摆角等指标；

其四，现有技术中，提出了基于相平面的轨迹规划方法；但是该方法致加加速度在切换点处不平滑，易给执行器带来较大冲击，发生打滑现象。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，将运用机器人技术的灵活性与自动化技术的高效性相融合，并应用到桥式起重机系统上，用于解决桥式起重机运输过程中台车牵引吊绳引起负载惯性摆动与定位时负载残余摆动的问题，用于解决负载定位精度低及负载摆动剧烈的问题，实现桥式起重机负载吊运时高效的定位防摆控制。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于动态平滑轨迹的桥式起重机定位防摆控制方法，包括以下步骤：

S1：求取负载的位移、摆角信息与绳长量耦合到台车位移的控制量；

S2：基于二维桥式起重机动力学模型，分析二维坐标系中台车位移摆角与加速度的关系，结合相平面分析法，建立基于位移摆角的加速度控制信号；

S21：建立二维桥式起重机动力学模型：依据二维桥式起重机简化模型，在广义坐标下，利用拉格朗日动力学方程，建立定绳长二维桥式起重机动力学模型：

S22：结合相平面分析法，得到台车以恒定加速度a运行时的相平面曲线方程：