[发明专利]考虑状态约束的双摆型回转起重机轨迹规划控制方法及系统

权利要求书

1.一种考虑状态约束的双摆型回转起重机轨迹规划控制方法，其特征在于，包括：

建立起重机动力学模型并进行分析，确定驱动电机的状态量约束条件；所述建立起重机动力学模型是利用拉格朗日法建立欠驱动双摆型回转起重机动力学模型；具体的，利用拉格朗日方法，建立包含吊臂、吊钩、负载、吊绳的非线性动力学方程为：

其中，φ表示吊臂变幅运动角度，α表示吊钩摇摆角度，β表示负载摇摆角度，m_h表示吊钩质量，m_p表示负载质量，l_b、m_b分别表示吊臂长度与质量，l_s表示吊臂顶端与吊钩质点之间的吊绳长度，l_r表示吊钩质点与负载质点之间的吊绳长度，u表示吊臂驱动力矩；

基于所述状态量约束条件，利用具有预设持续时间的梯形函数确定定位角加速度轨迹；所述状态约束指吊臂变幅运动驱动电机的运行状态满足物理约束条件，角加速度在最小角加速度到最大角加速度范围之内，角速度在最小角速度到最大角速度范围之内，具体表达形式为：其中，分别表示吊臂变幅运动最小角加速度、最大角加速度、最小角速度和最大角速度；

所述定位角加速度轨迹基于梯形函数设计，具体表达表达形式为：

其中，t_j表示加速度变化时间，t_a表示加速度保持时间，t_c表示匀速时间；

根据吊臂俯仰运动角、吊钩摆动和负载摆动之间的非线性耦合关系，确定消摆角加速度轨迹；所述消摆角加速度轨迹基于吊臂变幅角度φ，吊钩摆角α，负载摆角β的非线性耦合关系设计，具体表达形式为：

其中，k表示控制增益，m_p表示负载质量，m_h表示吊钩质量；

结合定位角加速度轨迹和消摆角加速度轨迹确定吊臂变幅运动角加速度轨迹，实现对所述起重机的精确定位与防摆控制；最终吊臂变幅运动角加速度轨迹通过将所述定位角加速度轨迹和消摆角加速度轨迹相结合，具体表达形式为：

2.如权利要求1所述的一种考虑状态约束的双摆型回转起重机轨迹规划控制方法，其特征在于，所述状态约束通过调整角加或减速变化时间t_j、保持时间t_a和匀速时间t_c来保证约束条件，角加或减速变化时间t_j、保持时间t_a和匀速时间t_c具体表达形式为：

其中，w_1,2表示系统自然频率，φ_d表示吊臂变幅运动目标角度。