[发明专利]基于消摆信号的桥式起重机非线性控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性欠驱动领域的自动控制方法，具体是一种基于消摆信号的欠驱动桥式起重机非线性控制方法。

背景技术

桥式起重机是一种典型的非线性、强耦合、欠驱动系统，它具有负载能力强、操作灵活、节能显著等优点，已经被广泛地应用于各种工业场所，比如工厂、车间、码头等，完成货物的运送与集成加工等任务。桥式起重机的任务是实现货物的快速、准确、无大幅摆动点对点运送。然而，对于桥式起重机而言，台车的运动无疑会引起负载的摆动，这不仅会降低整体的效率，影响负载在落吊过程中的精确放置，还可能引发碰撞而造成安全事故。

就目前而言，绝大多数的起重机还依靠人工操作，系统的操作效率完全依赖于工人的熟练程度及工作经验。在操作起重机时，一方面需要实现台车的快速准确定位，以满足运送负载的要求；另一方面，则需要有效地抑制负载的摆动，实现“无摆”或“微摆”操作。然而，对于人工操作这种常规的操作方式存在诸多不足，比如：生产效率低、消摆效果差、定位精度差、对操作人员的技术要求高、长期工作可能引发疲劳等等。因此，亟需提出安全高效自动消摆定位的自动控制方法，以提高系统的工作效率。

许多学者对桥式起重机的自动控制展开了研究[1-7]，对于已有桥式起重机系统的控制方法大多只考虑台车的精确定位，而忽略了运输过程中负载摆动的抑制以及残余摆动的消除。特别地，当台车到达目标位置时，现有方法无法保证负载无残余摆动，从而降低了系统的运输效率。如文献[3]所提出的数种基于能量的控制方法，在负载消摆方面效果均不理想。不仅如此，现有方法大多用途单一，只能用于调节控制或只能用于轨迹跟踪控制[1][3][5-7]。鉴于此原因，本发明针对有效消除负载摆动的问题提出了一种抗摆定位控制方法，该方法既可用于桥式起重机的调节控制也可用于桥式起重机的轨迹跟踪控制，以提高桥式起重机的工作效率及安全性能。

发明内容

本发明的目的是解决已有控制方法存在消摆性能差、运输效率低、用途单一的不足，为欠驱动桥式起重机系统提供一种具有增强消摆性能的控制方法，本方法不仅适用于调节控制，而且适用于轨迹跟踪控制，克服了上述现有技术的不足，具有定位精度高、消摆效果好、运输效率高、用途广泛等优点。

本发明通过分析台车运动与负载摆动之间的耦合关系，提出了一种具有抑制摆动功能的消摆信号，根据该消摆信号构造出一种新颖的定位误差信号，在此基础上提出了一种既可用于调节控制，又能用于轨迹跟踪控制的桥式起重机控制方法，旨在提高控制系统的暂态性能，同时增强抑制负载摆动的能力。

本发明提供的基于消摆信号的桥式起重机非线性控制方法，为解决上述技术问题包括以下步骤：

步骤1、消摆信号的选取

为了提高桥式起重机系统抑制运输过程中负载摆动的性能，利用台车与负载之间的耦合关系提出如下具有消摆功能的消摆信号x_e：

xe=∫0tθ(τ)dτ---(9)]]>

其中，θ(t)为吊绳与竖直方向的夹角；关于时间的积分；变量后的(t)表示该参数是时变的，为简明起见，公式中已略去(t)。

步骤2、新颖误差信号的确定

基于上述消摆信号，定义如下新颖的误差信号ξ(t)，及其前两阶导数信号