[发明专利]细长型负载垂直起吊过程的非奇异终端滑模防晃控制方法

说明书

本发明公开了一种细长型负载垂直起吊过程的非奇异终端滑模防晃控制方法，包括以下步骤：基于拉格朗日动力学分析方法，利用广义坐标量建立了细长型负载起吊过程的非线性三维动力学模型；在此基础上，利用等效控制方法，建立了由等效控制和切换控制组成非奇异终端滑模控制模型；同时，提出了一种控制策略，利用两次坐标变换，解决了实际起重机上广义坐标量难以被测量和控制的问题。本发明可解决存在外部干扰的情况下细长型负载起吊晃动的问题，易于工业应用，可以显著提高起重机工作效率和运行稳定性。

技术领域

本发明涉及起重运输领域，具体涉及一种细长型负载垂直起吊过程的非奇异终端滑模防晃控制方法。

背景技术

起重机广泛应用于物料仓库、冶金制造、大型设备装配等重要的工业场所。在起重机的应用中，将水平放置的细长型负载起吊到垂直于地面是一种常见的工况。起吊过程中，细长型负载一端被起重机吊起，另一端与地面接触。由于外部扰动，负载将会不可避免地绕负载与地面的接触点晃动，特别是在风力发电机塔架安装、火箭装配等户外起重机的应用过程中。负载长时间的晃动将严重影响起重机的工作效率并带来严重的安全隐患。

目前，针对起重机控制进行了大量的研究。其中包括输入整形、平滑命令、离线规划等开环控制方法。开环控制根据起重机系统动力学规律来控制起重机，但这种控制方法具有对外界扰动和系统参数变化敏感性高的缺点。闭环控制包括PID控制、滑模控制、模糊控制、状态反馈、H∞控制等。然而，上述控制方法主要针对负载离开地面以后的摆动和定位问题，没有涉及细长型负载起吊过程中的晃动问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种细长型负载垂直起吊过程的非奇异终端滑模防晃控制方法，解决细长型负载起吊过程中的晃动问题。

本发明提供一种细长型负载垂直起吊过程的分层非奇异终端滑模防晃控制方法，通过非奇异终端滑模控制方法，在细长型负载垂直起吊过程中，抑制负载的晃动并保持负载水平方向稳定，从而显著提高起重机的工作效率和运行安全性。另外，提出一种基于两次坐标变换的控制策略，解决广义坐标量在实际起重机上难以被测量和应用的问题，并使所提出的滑模控制器能够适用于具有不同测量系统和驱动系统的多种起重机。

本发明所采用的技术方案是：首先基于几何关系，通过测量系统的测量量计算出广义坐标量；然后基于动力学分析，利用广义坐标量建立细长型负载垂直起吊的非线性三维动力学模型；再利用等效滑模控制方法，建立基于广义坐标量的非奇异终端滑模控制模型；最后基于几何关系将控制模型输出转化为可被利用的驱动系统输入实现细长型负载垂直起吊的晃动抑制和水平方向稳定。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明公开了细长型负载垂直起吊过程的动力学分析，在此基础上，利用等效滑模控制方法，建立基于广义坐标量的非奇异终端滑模控制模型；此外，还提出了一种基于两次坐标变换的控制策略，解决了广义坐标量难以在实际起重机上被测量和应用的问题。本细长型负载垂直起吊控制方法可以实现细长型负载的稳定起吊方法可以显著提高起重机工作效率，同时，通过本发明提出的控制策略，所提出的基于广义坐标量的非奇异终端滑模控制模型能够适应多种起重机的测量系统和驱动系统，具有使用范围广，应用方便等特点。

附图说明

图1是细长型负载垂直起吊过程的分层非奇异终端滑模防晃控制方法原理图；

图2是细长型负载垂直起吊过程的起重机系统模型；

图3是典型桥式起重机系统的硬件原理图；

图4是操作员控制桥式起重机垂直起吊细长型负载时大车和起吊机构运动轨迹；

图5是桥式起重机垂直起吊细长型负载过程中分层非奇异终端滑模防晃控制的小车加速度、负载水平方向角和负载晃动角示意图。