[发明专利]基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制方法

说明书

本公开提供了一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制方法，获取四自由度塔式吊车系统的参数数据和运行状态数据；根据获取的数据，利用预设的非线性扰动观测器进行扰动估计，根据预设扰动效应指标进行有益扰动和有害扰动的判断；将有益扰动添加到预设滑模控制器中，去除有害扰动，驱动悬臂的回转角以及台车的位移分别到达期望的角度和目标位置，并使得负载摆动为零或者在预设范围内；本公开通过引入干扰效应指标来区分扰动的好坏，从而充分利用好的扰动信息，显著提高系统的暂态控制性能。

技术领域

本公开涉及四自由度塔式吊车系统的暂态控制技术领域，特别涉及一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

吊车系统是典型的欠驱动系统，其独立控制输入的个数少于系统的待控自由度。塔式吊车是建筑工地中使用最广泛的货物运输工具，具有结构简单、安装方便、成本低、有效载荷大、能耗少等优点。然而，由于塔式吊车系统不可避免的存在外部扰动、参数不确定性、强耦合性、强非线性、强欠驱动特性等问题，使得其控制器设计仍然是十分复杂且极具挑战性的。譬如，由于影响测量的因素复杂，因此难以准确测量系统参数。此外，外部干扰，如阵风等，对塔式吊车系统的稳定性有很大的影响。因此，在存在扰动的情况下，要充分考虑吊车系统的鲁棒性。

为了更好的解决以上问题，研究人员提出了一系列控制方法，主要包括自适应控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等，这些方法可有效处理有界不确定动态的问题。此外，滑模控制方法针对未建模动态，参数不确定性，外部扰动具有很强鲁棒性。因此，针对塔式吊车系统，研究人员设计了很多滑模控制方法，主要包括积分滑模控制、非线性滑模控制、自适应滑模控制、神经网络滑模控制。近期，为了更好地消除扰动对塔式吊车系统的影响，研究人员提出了几种基于扰动观测器的控制方法，这些方法可以进一步提高系统的鲁棒性。

然而，发明人发现，现有大多数针对塔式吊车系统的控制方法是基于线性化的塔式吊车系统模型而设计的。当系统的状态变量无法足够接近平衡点时，线性化后的模型与原吊车模型有很大的不同，这可能会严重影响系统的控制性能，甚至导致系统的不稳定。此外，上述所有鲁棒控制方法都完全忽略了扰动带来的好的影响，完全将扰动视为有害因素，从而直接将其消除，没有对有益扰动进行充分的利用，从而导致暂态控制性能较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制方法，通过引入干扰效应指标来区分扰动的好坏，充分利用好的扰动信息，显著提高了系统的暂态控制性能。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制方法。

一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制方法，包括以下步骤：

获取四自由度塔式吊车系统的参数数据和运行状态数据；

根据获取的数据，利用预设的非线性扰动观测器进行扰动估计，根据预设扰动效应指标进行有益扰动和有害扰动的判断；

将有益扰动添加到预设滑模控制器中，去除有害扰动，驱动悬臂的回转角以及台车的位移分别到达期望的角度和目标位置，并使得负载摆动为零或者在预设范围内。

本公开第二方面提供了一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制系统。

一种基于有益扰动的四自由度塔式吊车系统的滑模控制系统，包括：

数据获取模块，被配置为：获取四自由度塔式吊车系统的参数数据和运行状态数据；

扰动判断模块，被配置为：根据获取的数据，利用预设的非线性扰动观测器进行扰动估计，根据预设扰动效应指标进行有益扰动和有害扰动的判断；