[发明专利]一种双摆三维桥式起重机增强抗摆的自适应跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种双摆三维桥式起重机增强抗摆的自适应跟踪控制方法，包括根据动力学基础理论和运动方程构建双摆三维桥式起重机模型的动力学方程；基于系统状态量之间的耦合关系和所述动力学方程，求取台车位移信息和载荷摆动信息的两个广义状态量，并进一步获得广义误差量；根据所述广义误差量构建非线性自适应跟踪控制器，并结合不确定参数和未知外部干扰计算自适应更新律，进行自适应跟踪控制。本发明能够实现台车准确定位性能，同时，在控制输入中加入了更多与摆振相关的信号，提高了暂态控制性能，另外，通过自适应律克服了载荷质量、悬绳及吊绳长度的不确定性，非零初始摆角的干扰，进一步提高了在实际应用中的可靠性。

技术领域

本发明涉及双摆三维桥式起重机运动控制的技术领域，尤其涉及一种双摆三维桥式起重机增强抗摆的自适应跟踪控制方法。

背景技术

桥式起重机作为工业生产和起重运输机械化、自动化的重要设备，广泛应用于各种工业场所(如车间、仓库等)，随着桥式起重机的普及和使用，对其稳定、高效、安全运行提出了越来越高的要求。在实际工业环境中，小车一方面要快速、准确地到达设定位置，另一方面也要有效减弱吊装过程中负载的摆动，防止与现场其他物体发生碰撞，同时，为了保证起重机系统的运输效率，还必须确保在台车完成定位任务时，货物没有残留的摆动。

然而，起重机在运行过程中会经历加速或减速的过程，这势必会引起负载的摆动。这种摆动现象在起重机的启动和制动过程中尤为明显。此外，桥式起重机在吊装过程中使用吊钩来连接负载，因此具有双摆的特性。当起重机台车移动到设定位置时，负载的摆动将导致吊装和定位困难，而目前已有的控制方法大多数是针对一级摆型三维桥式起重机系统提出的，相比之下，双摆三维桥式吊车系统的状态量更多，并且各个状态之间的耦合性、非线性更强，因此其控制方法的研究更具挑战性。除此之外，面对具有复杂动态特性的起重机系统时，许多控制方法往往是基于线性化或近似处理后的动态模型推导出的，这使得相应的控制结果不够可靠，当系统受到外部干扰和系统状态远离平衡位置时，控制性能将严重降低甚至失去稳定性，此外，系统的鲁棒性以及许多实际问题，如参数不确定性、初始摆角随机等，在控制器的构造中没有得到很好的考虑。

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。

鉴于上述现有双摆三维桥式吊车系统的跟踪控制中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：桥式起重机在吊装过程中使用吊钩来连接负载时，三维桥式起重机会表现出双摆的特性，从而，起重机动力学模型会具有更复杂的非线性特性，导致台车完成定位目标的同时难以抑制双摆摆动问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：根据动力学基础理论和运动方程构建双摆三维桥式起重机模型的动力学方程；基于系统状态量之间的耦合关系和所述动力学方程，求取台车位移信息和载荷摆动信息的两个广义状态量，并进一步获得广义误差量；根据所述广义误差量构建非线性自适应跟踪控制器，并结合不确定参数和未知外部干扰计算自适应更新律，进行自适应跟踪控制。

作为本发明所述的双摆三维桥式起重机增强抗摆的自适应跟踪控制方法的一种优选方案，其中：所述构建双摆三维桥式起重机动力学参数方程包括，所述起重机系统的动力学模型表示为：

其中：M为惯性矩阵，C为向心一柯氏力矩阵，q为状态向量，G为重力向量，Γ为控制输入向量，Ξ为未知的外部干扰，包括空气阻力。

作为本发明所述的双摆三维桥式起重机增强抗摆的自适应跟踪控制方法的一种优选方案，其中：所述求取广义状态量包括，所述广义状态量包括广义位移状态量和广义速度状态量，将所述广义位移状态量设定为ψ_x和ψ_y，所述广义速度状态量设定为和所述广义状态量的具体表达式如下所示：