[发明专利]考虑持续干扰与参数不确定性的船用吊车控制方法

摘要

一种考虑持续干扰与参数不确定性的船用吊车控制方法，属于欠驱动机械系统自动控制的技术领域。该方法包括：针对受持续干扰影响的船用吊车系统动力学模型，考虑包括负载等在内的参数不确定影响，设计了一种非线性控制方法，能实现船用吊车的控制目标，同时可补偿吊绳升降及悬臂俯仰过程中的重力影响。实验结果表明，此方法可处理船用吊车系统的参数不确定性及干扰影响，有效抑制负载摆动，实现负载的精确定位。

主权项

1.一种考虑持续干扰与参数不确定性的船用吊车控制方法，其特征在于该方法包括：第1、确定系统控制目标及相应约束船用吊车系统的控制目标包括如下三个部分：①在大地坐标下，调节负载位置到达其目标位置[y_gd z_gd]，其中，y_gd,z_gd分别代表坐标系下负载目标位置的坐标；②抑制与消除大地坐标下的负载摆动；③整个控制过程中，船用吊车系统的吊绳长度应处在有效范围内，即Lmin＜L(t)＜Lmax  (13)其中，L(t)表示船用吊车系统的吊绳长度；括号内的t表示时间，变量后面(t)表示该变量为关于时间的函数，为简明起见，略去大多数变量后面的(t)；Lmin,Lmax分别表示有效吊绳长度的下限与上限；第2、定义误差信号及辅助函数引入如下的坐标变换：其中，上标T表示矩阵/向量转置，φ(t)表示悬臂的俯仰角，L(t)表示吊绳的长度，θ(t)表示负载摆角，ρ(t)表示海浪引起的船体横摇角，ξ代表转换后的状态向量，ξ1(t),ξ2(t),ξ3(t)代表变换后的系统状态量，括号内的t表示时间，变量后面(t)表示该变量为关于时间的函数，为简明起见，略去大多数变量后面的(t)；利用上述坐标变换方法，结合系统的控制目标，可得变换后状态量的目标位置如下：其中，arccos表示反余弦函数，ygd,zgd代表负载的目标位置坐标，Lj代表悬臂的长度，ξ1d,ξ2d,ξ3d分别代表变换后状态量ξ1(t),ξ2(t),ξ3(t)的目标位置；进一步，定义误差信号e1(t),e2(t),e3(t)如下：e1＝ξ1‑ξ1d,e2＝ξ2‑ξ2d,e3＝ξ3‑ξ3d＝ξ3  (19)则误差信号关于时间的导数为：其中，分别代表ξ₁(t),ξ₂(t),ξ₃(t)关于时间的导数；定义如下辅助函数γ₁(e₁),γ₂(e₂),γ₃(ξ₃)：其中，α₁,α₂,表示正的参数，函数s(*)的具体定义如下：其中，*表示函数s(*)的自变量；第3、控制律确定设计悬臂俯仰转矩um(t)和吊绳牵引力uf(t)的控制律如下：其中，k_p1,k_d1,k_i1,k_p2,k_d2,k_i2,为正的控制增益；第4、控制方法实现利用船用吊车上的传感器，测量悬臂的俯仰角φ(t)及角速度吊绳的长度L(t)及绳长变化速度船体横摇角ρ(t)及其角速度利用式(24)，实时计算得到控制信号，用来控制相应的驱动电机，实现对船用吊车系统的精确控制。