[发明专利]一种基于嵌套饱和技术的桥式起重机系统稳定性研究方法

说明书

本发明公开了一种基于嵌套饱和技术的桥式起重机系统稳定性研究方法，属于非线性控制领域。通过坐标变换，有目的的将某些项视为不确定参数后，将桥式起重机系统转化为一个受线性扰动影响的不确定非线性前馈系统，以便采用带乘性系数的嵌套饱和控制器。通过退饱和分析和相应退饱和系统的渐近稳定分析，分别验证嵌套饱和控制器的在有限时间内退饱和和退饱和系统的渐近稳定性。在自下而上的迭代分析中自然而然地得到不确定参数和线性扰动的界，因而不需要特殊技巧额外处理不确定参数和线性扰动。由于欠驱动系统在实际工程控制中频繁运用，本发明基于嵌套饱和技术提出了一种不同于以往的方法稳定了桥式起重机，能为其他欠驱动系统的稳定设计提供新的思路。

技术领域

本发明涉及嵌套饱和技术，通过设计带乘性系数的嵌套饱和控制器，使得作为典型欠驱动系统的桥式起重机达到稳定，属于非线性控制领域。

背景技术

欠驱动系统的研究在许多行业中都具有重要意义。一方面，由于欠驱动系统比全驱动系统需要更少的执行器来达到相同的目的，可以降低控制系统的制造成本、降低控制系统的能源消耗并减轻系统的重量，从节约成本和资源等实际应用角度讲，欠驱动机械系统相比全驱动机械系统，具有相当大的优越性。另一方面，当全驱动系统中的一些执行器不能正常工作时，可以被看作是欠驱动系统，此时欠驱动系统的控制方法尤为重要，可以作为紧急备用控制方法，让系统保持控制，避免更大的损失。再加上，欠驱动系统具有结构简单、非线性、高耦合等优点，因此在过去的二十年里，欠驱动系统在控制界引起了广泛的关注。

然而，相比于输入变量与控制变量数量相同的全驱动系统，由于欠驱动系统的控制变量无法和输入变量一一对应，其控制相对而言更加困难，因此欠驱动系统的控制是一个具有挑战性的问题。

作为典型的欠驱动系统的桥式起重机是强非线性系统，控制难度大，一直是研究的热点之一。针对桥式起重机系统，已有饱和控制方法、能量函数法和部分反馈线性化等众多稳定控制方法。由于已有文献运用嵌套饱和控制技术稳定前馈非线性系统，因此通过将桥式起重机转换成不确定前馈非线性系统后运用嵌套饱和控制技术的方法也被研究了出来。

然而，在目前已有的采用嵌套饱和控制方法控制桥式起重机的研究中，由于桥式起重机转换后的不确定前馈非线性系统具有不确定性和线性扰动，研究者们因此采用了一些比较复杂的方法和技巧去处理，例如在迭代分析前预先处理一个二阶子系统等，加大了稳定分析的计算量。

因此，基于嵌套饱和技术的桥式起重机系统稳定性研究方法有着一定的改进空间和意义，需要进一步改进。

发明内容

针对桥式起重机，本发明介绍了一种乘性系数在饱和函数前的嵌套饱和控制器，使得作为典型欠驱动系统的桥式起重机达到稳定。

首先设计合适的、乘性系数在饱和函数前的嵌套饱和控制器。然后经过一系列坐标变换后，将桥式起重机系统转换成带线性扰动的不确定非线性前馈系统。再通过退饱和分析和相应退饱和系统的渐近稳定分析，分别验证嵌套饱和控制器在有限时间内退饱和和退饱和系统的渐近稳定性，最后综合得到使系统全局稳定的嵌套饱和控制器的参数条件。

本发明采用如下技术方案：

一种基于嵌套饱和技术的桥式起重机系统稳定性研究方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：设计合适的、乘性系数在饱和函数前的嵌套饱和控制器；

步骤2：坐标变换，将桥式起重机系统转换成带线性扰动的不确定非线性前馈系统；

步骤3：确定不确定参数的界；

步骤4：退饱和分析；

步骤5：相应退饱和系统的渐近稳定分析；

步骤6：综合得到使系统全局稳定的嵌套饱和控制器的参数条件。

附图说明