[发明专利]一种带负载升降运动的欠驱动塔式起重机定位消摆方法

说明书

本发明公开了一种带负载升降运动的欠驱动塔式起重机定位消摆方法，包括根据拉格朗日动力学方程，建立带负载升降运动的塔式起重机非线性模型；基于所述非线性模型构建含自适应增益的滑模面，并确定所述滑模面趋近律与自适应值更新律；利用自适应技术确认起重机摩擦力参数自适应更新律以及全自由度扰动自适应更新律；结合所述滑模面趋近律与自适应值更新律、摩擦力参数自适应更新律以及全自由度扰动自适应更新律，构建鲁棒自适应滑模控制器，完成定位与消摆。提高了带负载升降运动的塔式起重机系统稳定收敛速度，并同时运用自适应技术增强了控制系统的鲁棒性，最终实现快速高效的轨迹跟踪定位与负载摆动抑制。

技术领域

本发明涉及欠驱动起重机系统运动控制的技术领域，尤其涉及一种带负载 升降运动的欠驱动塔式起重机定位消摆方法。

背景技术

欠驱动系统，即系统输入少于系统自由度的系统。其中，起重机系统作为 一种典型的欠驱动系统，其拥有结构简单，功耗低，应用场合广泛等诸多优点。 塔式起重机是一种在空间中运送货物的起重机，其运输过程往往伴随着台车的 平移和悬臂的转动同时动作，这两种运动性质不同的驱动机构导致了动力学模 型和设计对应控制方法更加地复杂化。同时，当伴随着负载的升降运动，吊绳 长度会产生变化，这会对塔式起重机负载摆动的自然频率等动态特性产生很大 的影响。另外，在实际控制应用中，不可避免地会出现摩擦力影响、理论建模 不完全、参数不确定性与全自由度的外界扰动等情况，在这些情况下，在实现 悬臂、台车与负载升降的准确定位同时，并快速抑制负载的摆动成了一个极具 挑战性的问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有快速控制起重机负载摆动存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：当负载的升降运动与悬臂、台车定位运 动同时进行时，塔式起重机会出现负载摆动自然频率时变的特性，系统动力学 模型会更加复杂，在实现悬臂、台车与负载升降的准确定位同时，不能快速抑 制负载的摆动。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：根据拉格朗日动力学方 程，建立带负载升降运动的塔式起重机非线性模型；基于所述非线性模型构建 含自适应增益的滑模面，并确定所述滑模面趋近律与自适应值更新律；利用自 适应技术确认起重机摩擦力参数自适应更新律以及全自由度扰动自适应更新 律；结合所述滑模面趋近律与自适应值更新律、摩擦力参数自适应更新律以及 全自由度扰动自适应更新律，构建鲁棒自适应滑模控制器，完成定位与消摆。

作为本发明所述的带负载升降运动的带负载升降运动的欠驱动塔式起重 机定位消摆方法的一种优选方案，所述塔式起重机非线性模型包括，三个驱动 力和五个广义状态量，其中所述三个驱动力为悬臂转矩、台车平移力与负载升 降力，所述五个广义状态量为悬臂转角、台车位移、吊绳绳长、与负载的两个 摆角，同时又包含了输入通道的摩擦力和全自由度的集成干扰，再结合拉格朗 日动力学方程构成的非线性模型如下：

q＝[α(t) x(t) l(t) θ₁(t) θ₂(t)]^T∈R⁵,

B(q)＝[b_ij]∈R^5×3,i＝1,...,5,j＝1,2,3,

M(q)＝[m_ij]∈R^5×5,i＝1,...,5,j＝1,...,5,