[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

说明书

本发明涉及一种桥式吊车控制器生成方法、控制方法及控制器生成系统，涉及桥式吊车控制的技术领域，根据桥式吊车结构，建立动力学结构下的待观测模型；基于测量变量设计最优反馈全状态观测器，并获得估计模型；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；并利用实际控制器得到桥式吊车控制方法，进一步的，利用上述控制器生成方法，得到待观测控制模型获取模块、估计模型获取模块和实际控制器生成模块，从而生成控制器系统。与现有技术相比，实现了对桥式吊车运动状态的跟踪控制，具有运送效率高的效果。

技术领域

本发明涉及桥式吊车控制的技术领域，尤其是涉及一种桥式吊车控制器生成方法、控制方法及控制器生成系统。

背景技术

桥式吊车是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。桥式吊车是典型的欠驱动非线性系统，从控制理论的角度看，欠驱动系统控制输入的限制是具有挑战性的控制问题，近几十年来，如何对桥式吊车实现精准的全自动化控制，从而提高运送效率、定位精度和安全系数是当前工业领域中的研究热点问题。

目前，对桥式吊车系统进行吊车防摆和定位控制的研究中，由孙宁、方勇纯和陈鹤发表在《控制理论与应用》上的论文“欠驱动桥式吊车消摆跟踪控制”中提出了一种欠驱动桥式吊车消摆跟踪控制方法，对桥式吊车动力学方程进行部分反馈线性化处理及坐标变换，并在变换后的基础上设计了一种新型的非线性控制器，实现对桥式吊车的跟踪控制，使得吊车的运行和控制量更为平滑，其控制效果如图1所示。

传统的欠驱动控制方法，大多依赖于系统的具体数学模型，然而，在桥式吊车工作过程中，由于吊车位移、绳摆长度与摆角之间相互影响，不同运送批次之间负载变化以及风向、碰撞等外界不确定因素干扰，使获得桥式吊车的系统准确参数模型具有难度，从而使得吊车位移跟踪效果和绳摆摆角稳定性较差，导致运送效率。

发明内容

本发明目的一是提供一种桥式吊车控制器生成方法，具有有助于提高桥式吊车运送效率的特点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种桥式吊车控制器生成方法，所述生成方法包括，

待观测控制模型获取，根据桥式吊车结构，对桥式吊车进行动力学分析，建立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，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，

控制器生成，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。

通过采用上述技术方案，通过设置最优反馈全状态观测器，充分利用观测器内部全部状态信息；通过吊车位移和绳摆摆角的反馈，并结合估计模型对位移速度和绳摆摆角进行估计，进而与控制设计目标结合，进一步对模型进行控制设计，得到实际的桥式吊车控制器，从而有助于根据得到的桥式吊车控制器实现对桥式吊车接下来的位移速度调整，保证绳摆摆角的稳定，提高吊车的运送效率。

本发明进一步配置为：所述估计模型获取的具体方法包括：

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，