[发明专利]基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法，其特征在于，所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法包括：

步骤一，构建塔式吊车二级摆效应的动力学模型，基于所述动力学模型利用新型非线性函数改进自抗扰控制器；

步骤二，构建改进型扩张观测器，根据改进的自抗扰控制器与改进型的扩张观测器进行双摆塔式吊车的防摆控制；

所述步骤一构建塔式吊车二级摆效应的动力学模型包括：

根据拉格朗日方程建立二级摆塔式吊车系统的动力学模型如下：

 ；

；

 ；

 ；

；

；

其中，J₀表示塔吊旋臂转动惯量；M_t表示台车质量；m₁表示吊钩质量；m₂表示负载质量； x表示台车沿塔臂方向上的位移；x_d表示台车的期望位移；α表示旋臂回转角度；l₁表示台车与吊钩间的绳长；l₂表示吊钩与负载间的绳长；F_x表示台车变幅驱动力；θ₁表示吊钩在旋臂与塔身平面内摆角；θ₂表示吊钩在旋臂与塔身平面外摆角；θ₃表示负载在旋臂与塔身平面内摆角；θ₄表示负载在旋臂与塔身平面内摆角；g表示重力加速度；

所述步骤一基于所述动力学模型利用新型非线性函数改进自抗扰控制器包括：

利用新型非线性kas(e,γ,δ)函数改进自抗扰控制器，得到基于比例微分控制形式的非线性积分串联型控制器；

所述kas(e,γ,δ)函数如下：

；

其中，e表示误差信号，γ表示非线性因子，δ表示线性段的区间跨度。

2.如权利要求1所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法，其特征在于，所述步骤一利用新型非线性函数改进自抗扰控制器还包括：

（1）构建微分跟踪器：

；

其中，v(k)为输入信号微分后离散量，x(k)为函数x(t)在kh时刻的值，；表示最速综合函数，用于快速跟踪目标值输入，其公式可表示为：

；

其中，h表示采样间隔时间；r用于决定控制器的响应速度；h₀=n*h，n取1~20整数；

（2）构建基于新型光滑函数即非线性kas(e,γ,δ)函数的非线性状态误差反馈控制律：

；

其中，；k₁、k₃、k₅表示比例调节因子；k₂、k₄、k₆表示微分调节因子；kas(e,γ,δ)函数表示改进后的幂次函数；u₁表示3组级联的非线性PD控制率的叠加输出；z₁、z₂为扩张观测器的输出值；v表示微分跟踪器输出值。

3.如权利要求1所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法，其特征在于，所述步骤二改进型扩张观测器如下：

；

其中，β₀₁、β₀₂、β₀₃、β₀₄表示增益参数；z₁(k)、z₂(k)表示塔吊系统的状态；z₃(k)表示被改进后的扩张状态；b₀表示补偿因子；x₁(k)在此系统中表示变幅位移的离散量；x₂(k)表示变幅速度的离散量；δ₁、δ₂表示kas(·)函数的线性区间；h表示系统的采样周期；F_x表示系统输入的台车变幅驱动力；γ₀₁、γ₀₂表示非线性因子，取值范围在0~1之间。