[发明专利]一种基于模糊滑模控制的桥式起重机定位消摆方法

说明书

一种基于模糊滑模控制的桥式起重机定位消摆方法，以滑模变结构控制为基础，将模糊控制与滑模变结构控制相结合，构建新的合成滑模面，通过设计合适的模糊规则保证系统状态始终处于该滑模面上，利用模糊控制规则调整控制量u的大小，实现桥式起重机的高效定位消摆控制，削弱抖振现象，提高响应速度；本发明将灵活多变的机器人智能控制技术与简单高效的自动化技术相融合，进一步应用到桥式起重机系统上，更好地替代技术工人的经验操作，不断降低人为因素带来的误差，解决了人工控制方法无法应对苛刻环境的不足，提高运转效率与稳定性，并改善传统滑模控制的抖振问题，实现了桥式起重机运输时的快速准确定位和平稳高效消摆。

技术领域

本发明涉及桥式起重机控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于模糊滑模控制的桥式起重机定位消摆方法。

背景技术

桥式起重机作为短距离场地起重运输机械，广泛应用于港口吊运、仓库调度以及制造装配等领域，在国民经济建设中发挥着极其重要的作用。桥式起重机运输过程中，由于台车牵引吊绳引起负载惯性摆动以及外界不确定扰动的影响，直接导致桥式起重机的运输效率降低，并伴随着安全隐患，极大地影响安全生产作业。因此，桥式起重机的性能必须不断的提升与优化，以满足高速、安全、稳定的生产建设需求。

现阶段桥式起重机操作主要依赖人工实践经验，即工作人员通过日常操作经验积累，对设备的性能状况以及运行环境逐渐的熟悉了解，不断试错与修正，最终实现货物定点投送时的定位防摆控制。但此方法需要工人长期地摸索与实践，若发生设备更换或者人员调动，则会极大影响生产效益；而且生产环境的复杂性有时是人为无法预知和及时应对的，特别是在恶略天气和危险环境中工作，如港口、铸造车间、核反应堆等人们无法靠近的场所，需要同时满足人身安全和运送精度，对操作人员的要求更加苛刻，提高了桥式起重机的使用难度。为有效提高桥式起重机运输效率，解放多余生产力，提高桥式起重机安全性能，人们对桥式起重机防摆控制方法进行了大量研究，其中基于传统滑模控制的定位防摆策略被广泛研究，但其控制效果不够理想，极易出现抖振现象；因此，需要更有效的定位防摆策略来削弱抖振，从而避免危险的发生，提高运输的安全性和高效性。

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一种基于模糊滑模控制的桥式起重机定位消摆方法，解决了人工控制方法无法应对苛刻环境的不足，提高运转效率与稳定性，并改善传统滑模控制的抖振问题，实现了桥式起重机运输时的快速准确定位和平稳高效消摆。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于模糊滑模控制的桥式起重机定位消摆方法，以滑模变结构控制为基础，将模糊控制与滑模变结构控制相结合，构建新的合成滑模面，通过设计合适的模糊规则保证系统状态始终处于该滑模面上，利用模糊控制规则调整控制量u的大小，实现桥式起重机的高效定位消摆控制，削弱抖振现象，提高响应速度。

进一步的，该桥式起重机定位消摆方法包括以下步骤：

步骤一、利用拉格朗日动力学方程，建立二维桥式起重机数学模型：

其中，M和m分别表示台车和负载的质量，F表示动力，l表示负载质心到小车的绳长，θ为负载摆动的角度，表示台车水平方向位移，与分别表示负载摆动的角速度与角加速度，g表示重力加速度；

对式(2)化简，可得

将式(1)、(2)转换，可得

式中：q(t)＝[x(t),θ(t)]^T，M(q)、G(q)及u分别表示惯量矩阵、向心-柯氏力矩阵、重力向量及控制向量，具体表达式如下所示：