[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

说明书

本发明公开了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，属于桥式起重机的防摆控制技术领域。该控制系统包含传感器、边界防摆滑模控制器、低通滤波器以及执行器；所述方法针对控制器抖振问题，通过低通滤波器动态的调节滑模控制器中符号函数项的增益，降低了滑模控制抖振的幅值，避免了桥式起重机执行器的损伤。另外，本发明提供的基于滑模控制的含有边界扰动的桥式起重机防摆控制方法，滑模面设计为积分形式，能够消除稳态误差，提高了桥式起重机的定位精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及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，属于桥式起重机的防摆控制技术领域。

背景技术

桥式起重机作为一种常见的起重运输设备，在码头、仓库、车间等各种工业环境中发挥着重要作用。一个典型的桥式起重机系统的主要结构由一个桥式桁架、一个可以在桁架上移动的台车、一个悬挂在台车下方的柔性绳索和绳索末端悬挂着的需要运送的货物组成。

由于链或索通常是柔性的，所以桥式起重机系统的模型一般采用偏微分方程的形式来描述。桥式起重机系统的控制是通过小车来实现的，属于典型的欠驱动系统。因此，在实际的工业场景中，桥式起重机的台车通常存在摩擦和电机效率等未知的干扰，从而带来一定的干扰。控制不当会导致载荷和缆绳摆动，可能导致货物运输不准确或带来安全隐患。综上所述，桥式起重机系统的防摆控制是一个重要的工程问题。

在实际工业过程中，边界控制是更实用和更易实现的一种控制方式，通过调整边界控制力的大小实现桥式起重机整体的摆动抑制，并将载荷运送到期望位置。由于实际应用环境中存在摩擦力等各种复杂扰动，在各种复杂情况下，桥式起重机的控制可能会受到影响，无法实现理想的摆动抑制效果破坏桥式起重机的稳定性，甚至会产生安全隐患。针对这一问题，采用边界滑模控制器可以消除未知边界扰动对桥式起重机稳定性产生的影响，滑模控制中的符号函数项可以用来消除未知扰动对系统带来的不利影响，但传统的方法里符号函数项的系数通常为不变的常数，而未知扰动实际中往往是时变的，这就导致了不必要的抖振幅值。针对控制器抖振问题，CN114995160A提出一种通过设计扰动观测器观测到扰动进而消除扰动以间接削弱由符号函数带来的控制器抖振问题，其符号函数项的系数仍然取不变的常数，但是实际应用中扰动观测器的设计较为复杂，同时扰动观测器对扰动的性质有更为严格的要求，比如要求扰动有界且其导数也是有界的，但自然界中的大部分扰动无法满足导数有界(比如方波信号的噪声、高斯噪声以及摩擦力形式的扰动)，因此该方法具有着一定的局限性。

发明内容

为了提供一种更为简单且适用更广泛的方法，在实现对含有边界扰动的桥式起重机防摆控制，本发明提供了一种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，采用边界滑模控制器消除未知边界扰动对桥式起重机稳定性产生的影响，防止桥式起重机产生摆动造成的安全隐患，使桥式起重机在实际工程应用中获得较高的精度和效率，针对控制器抖振问题，通过低通滤波器动态的调节滑模控制器中符号函数项的增益，降低了滑模控制抖振的幅值，避免了桥式起重机执行器的损伤。

一种基于滑模控制及低通滤波器的桥式起重机控制系统，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。

可选的，所述传感器包括旋转编码器，安装于桥式起重机台车端。