[发明专利]桥式吊车控制器生成方法、控制方法以及控制器生成系统

权利要求书

1.一种桥式吊车控制器生成方法，其特征在于，所述生成方法包括，

待观测控制模型获取(101)，根据桥式吊车结构，对桥式吊车进行动力学分析，建立吊车控制系统动力学结构下的待观测控制模型：

其中，y₁(t)表示绳摆摆角，y₂(t)表示吊车位移，f₁(t)表示摆角系统中包含模型不确定性及扰动信息的待观测模型，f₂(t)表示位移系统中包含模型不确定性及扰动信息的待观测模型，u(t)表示系统的控制输入，b为已知控制系数；

估计模型获取(102)，基于测量变量y₁(t)和y₂(t)获得基于最优反馈全状态观测器的估计模型；以及，

实际控制器生成(103)，根据控制设计目标进行反演设计，并基于所述估计模型得到实际控制器；

所述估计模型获取(102)的具体方法包括：

对所述待观测控制模型进行系统扩展，得到扩展状态空间模型；基于所述扩展状态空间模型定义系统观测器；

基于所述系统观测器定义全状态虚拟控制器，基于定义性能指标J_v获得二次型最优反馈率k，结合二次型最优反馈率k和所述全状态虚拟控制器得到桥式吊车最优反馈全状态观测器；以及，基于所述最优反馈全状态观测器，得到桥式吊车估计模型。

2.根据权利要求1所述的控制器生成方法，其特征在于，所述桥式吊车估计模型的具体获取方法包括，

将吊车位移y₂(t)和绳摆摆角y₁(t)作为观测变量代入待观测控制模型，得到扩展状态空间模型：

其中，

C₂＝[C₁,C₁]，且

y(t)＝[y₁(t)，y₂(t)]，u(t)同公式(1)所示控制输入，h₁(t)和h₂(t)分别为f₁(t)和f₂(t)的导数，此时，x(t)＝[x₁(t),x₂(t),x₃(t),x₄(t),x₅(t),x₆(t),x₇(t),x₈(t)]^T；

公式(3)等价于

从而有

x₄(t)＝f₁(t) (5)

x₈(t)＝f₂(t) (6)

定义扩展状态向量为：

z＝[z₁,z₂,z₃,z₄,z₅,z₆,z₇,z₈]^T (7)

其中，z₁表示测量变量y₁(t)的估计量，z₅表示测量y₂(t)的估计量，z₂表示测量变量y₁(t)采用导数估计后的值，z₆表示测量变量y₂(t)采用导数估计后的值，z₃和z₇表示用于构造最优反馈全状态观测器的积分反馈，z₄表示系统模型f₁(t)的估计，z₈表示系统模型f₂(t)的估计；

基于公式(3)中对C₁和C₂的定义，有y₁(t)＝x₁(t)，y₂(t)＝x₅(t)，后续部分均将吊车位移x₁(t)和绳摆摆角x₅(t)直接作为测量变量；

定义桥式吊车最优反馈全状态观测器为：

其中，v为8×1维虚拟控制器,用于设计和配置最优反馈全状态观测器参数,桥式吊车观测器系数设置为：

B_v＝eye(8)，D_v＝zeros(8,8)，

通过定义以下性能指标

获得线性二次型最优反馈率

k＝lqry(A_v,B_v,C_v,D_v,Q_v,R_v) (9)

全状态估计控制器设计为

v＝-kz+k(1：4)ref₁+k(5：8)ref₂ (10)

其中，ref₁＝[x₁(t)，r₁₂，0，r₁₄]^T，且有ref₂＝[x₅(t)，r₂₂，0，r₂₄]^T，且有分别为的导数估计，能够通过导数估计方法获得；

通过最优反馈全状态观测器，可获得系统模型f₁(t)和f₂(t)的估计