[发明专利]基于滑模控制及低通滤波器的桥式起重机控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于滑模控制及低通滤波器的桥式起重机控制系统，其特征在于，所述系统包括：

传感器，用于采集桥式起重机台车的边界状态信息；所述边界状态信息包括桥式起重机台车的位置y(0,t)、运动速度y_t(0,t)、台车下方绳索的摆动曲率y_x(0,t)；

边界防摆滑模控制器，用于根据传感器所采集的桥式起重机台车的边界状态信息、滑模面的输出值以及低通滤波器的输出值，并利用符号函数项将滑模面的输出变为扰动力的上界值加入控制器中，进而输出执行器的控制信号u(t)；

低通滤波器，用以动态的调整符号函数项的系数；

执行器，用于接收所述边界防摆滑模控制器的控制信号u(t)，并作用于桥式起重机的台车驱动电机实现对于桥式起重机的控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括旋转编码器，安装于桥式起重机台车端。

3.一种基于滑模控制及低通滤波器的桥式起重机控制方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1或2所述的系统实现，所述方法包括：

步骤S110、采集桥式起重机的边界状态信息，包括台车的位置y(0,t)、运动速度y_t(0,t)、台车下方绳索的摆动曲率y_x(0,t)；

步骤S120、根据采集到的边界状态信息得到滑模面的输出值s(t)；

滑模面的表达式为：

其中，T(x)＝mg+ρg(L-x)，T(0)表示柔性绳索和载荷的总重力，m为载荷质量，M为台车质量，ρ表示柔性绳索的单位长度的质量，L为柔性绳索的长度，x表示柔性绳索上任意一点P点至台车的竖直距离，g为重力加速度，d(t)表示边界未知扰动且存在上界满足α,β均表示大于0的常数，y_d表示期望位置，即货物的目标位置；表示绳索中任意一点P点的横向位置，y_x(x,t)和y_t(x,t)分别表示柔性绳索的横向位移y(x,t)对空间x和对时间t的导数；

步骤S130、根据滑模面的输出值得到低通滤波器的输出值η(t)；

低通滤波器的表达式为：

其中，τ表示大于0的常数，sign表示符号函数；

步骤S140、根据所述滑模面s(t)的输出判断边界扰动力的方向；

步骤S150、根据采集到的边界状态信息、滑模面的输出值s(t)以及低通滤波器的输出值η(t)，并利用符号函数项将滑模面的输出变为扰动力的上界值加入控制器中，得到执行器所需的控制信号u(t)；

其中，α,β,γ,κ均表示大于0的边界防摆滑模控制器的增益，表示边界未知扰动的上界；

步骤S160、由执行器根据控制信号u(t)对桥式起重机实施控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述边界防摆滑模控制器的增益的取值范围的确定方法为：

选取Lyapunov函数，表达式为：

V₀(t)＝V₁(t)+V₂(t)

其中，V₁(t)表示由动能和势能组成的能量项，V₂(t)表示辅助项，V_s(t)表示与滑模面相关的辅助项；

结合所述边界状态信息，并根据桥式起重机的系统方程和边界条件，确保在边界防摆滑模控制器的控制下所述Lyapunov函数对时间t的一阶导数负定性，得出：

桥式起重器控制系统满足在有限时间到达滑模面，并渐进稳定；

给定有限时间t_r，进而确定满足条件的参数γ和κ的取值范围。