[发明专利]一种桥式吊车双摆PI型Terminal滑模控制器设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种桥式吊车双摆PI型Terminal滑模控制器设计方法及系统，设计方法包括：定义桥式吊车系统双摆模型；引入复合信号；定义PI型偏差信号为台车期待轨迹与复合信号的差值；根据PI型偏差信号，定义Terminal滑模面；根据桥式吊车系统双摆模型，定义名义模型；根据Terminal滑模面和名义模型，得到PI型Terminal滑模控制器。采用双摆模型，滑模面在有限时间收敛，能够预知收敛时间；通过引入复合信号，从而增强台车位移与吊钩摆角以及负载摆角之间的耦合关系，保证控制系统的稳态性能，并且充分考虑欠驱动非线性系统的强耦合性，在工程应用中容易获得较好的控制效果；采用名义模型的设计方法，对外界干扰、参数摄动和未建模态具有较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及桥式吊车领域，特别涉及一种桥式吊车双摆PI型Terminal滑模控制器设计方法及系统。

背景技术

桥式起重机系统是一个典型的欠驱动系统，其中欠驱动系统是一类控制输入个数少于自由度个数的非线性系统，也即系统的控制输入维数要少于系统位形空间的维数，具有结构紧凑、活动灵活、成本低、能耗低、质量轻等诸多优点。欠驱动桥式吊车的控制问题得到了国内外众多学者的关注，并取得了很多重要的研究成果。不过到目前为止，仍然有一些难点问题亟待解决。

目前，桥式起重机系统的参数之间具有一定的耦合性，但是桥式吊车滑模控制器对状态量的耦合关系没有有效利用，导致参数的调节过程复杂繁琐，控制效果差，不能够保证控制系统的稳态性能，对外界干扰、参数摄动和未建模态的鲁棒性差，而且滑模面不能够在有限时间收敛，无法预知收敛时间。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种桥式吊车双摆PI型Terminal滑模控制器设计方法及系统，能够预知收敛时间、保证控制系统的稳态性能和具有较强的鲁棒性。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

第一方面，本发明提供了一种桥式吊车双摆PI型Terminal滑模控制器设计方法，包括：

定义桥式吊车系统双摆模型；

引入复合信号；

定义PI型偏差信号为台车期待轨迹与所述复合信号的差值；

根据所述PI型偏差信号，定义Terminal滑模面；

根据所述桥式吊车系统双摆模型，定义名义模型；

根据所述Terminal滑模面和所述名义模型，得到PI型Terminal滑模控制器。

进一步，所述复合信号具体为：

其中，δ(t)为复合信号，α、β为正的控制器增益，x为台车位移，θ为吊钩摆角，为负载摆角。

进一步，所述Terminal滑模面具体为：

其中，s(t)为Terminal滑模面，ζ为PI型偏差信号，为ζ的一阶导数，γ₁和γ₂为正的常数，q和p为奇数，而且0p2q。

进一步，所述名义模型具体为：

其中，q为状态向量为q的一阶导数，为q的二阶导数，M₀(q)为正定质量惯性矩阵M(q)的近似矩阵，为离心力矩阵的近似矩阵，G₀(q)为重力向量G(q)的近似矩阵，ΔM为M(q)的建模误差，ΔC为的建模误差，ΔG为G(q)的建模误差。

进一步，所述PI型Terminal滑模控制器具体为：