[发明专利]起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法

说明书

本发明提供了一种起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法，包括以下步骤：S1、基于分布式质量负载起重机双摆系统动力学分析，建立起重机双摆系统状态方程；S2、以速度控制作为输入，分别构建小车或大车、吊钩、分布式质量负载和起升机构的非奇异终端滑模面；S3、利用等效滑模控制方法，分别得到由等效控制和切换控制构成的小车或大车和起升机构的非奇异终端滑模控制模型。本发明基于速度控制进行设计，易于工业应用，同时适用于起重机人工操作和自动控制两种情况下的分布式质量负载的摆动抑制，可以显著提高起重机工作效率和运行稳定性。

技术领域

本发明属于起重机领域，具体涉及一种起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法。

背景技术

桥式起重机通常包括大车、小车和起升机构三部分，广泛应用于物料仓库、冶金制造、垃圾处理、生产装配车间等重要的工业场所。起升机构通过柔性钢丝绳实现负载的垂直起升，同时通过大车或小车的运行实现负载的水平运输。起重机作为一种典型的欠驱动系统，具有结构简单、灵活性高、制造成本低等显著优势。但驱动自由度少于系统自由度，使得起重机在速度变化过程中不可避免的会发生负载的摆动。负载长时间的摆动将严重影响起重机的工作效率和运行安全性，甚至威胁周围工作人员和设备的安全。

为抑制起重机系统的负载摆动，研究学者设计了大量的防摇控制器，并通过仿真和实验进行了验证。其中包括输入整形、平滑命令、离线规划等开环控制方法。开环控制根据起重机系统动力学规律，规划小车和大车的运行轨迹来实现负载摆动的抑制，但是外界环境和系统参数变化将严重影响其防摇控制效果。闭环控制包括PID控制、滑模控制、模糊控制、状态反馈、H∞控制等。然而，上述控制方法大多将起重机作为点质量单摆模型，而起重机实际应用过程中，吊钩质量的存在和分布式质量将引起起重机系统复杂的双摆效应。同时，为提高起重机的工作效率，通常需要大车或小车与起升机构同时运行，起吊绳长的变化也将影响防摇控制效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法，通过非奇异终端滑模控制方法，基于速度控制，实现大车或小车与起升机构同时运行时，分布式质量负载起重机双摆系统的快速防摇控制，显著提高起重机的工作效率和运行安全性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法，包括以下步骤：

基于分布式质量负载起重机双摆系统动力学分析，建立起重机双摆系统状态方程；

以速度控制作为输入，分别构建小车或大车、吊钩、分布式质量负载和起升机构的非奇异终端滑模面；

利用等效滑模控制方法，分别得到由等效控制和切换控制构成的小车或大车和起升机构的非奇异终端滑模控制模型。

本发明的有益效果为：本发明的起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制方法，基于分布式质量负载起重机双摆系统动力学分析，建立起重机系统状态方程；在此基础上，分别建立小车或大车、吊钩、分布式质量负载和起升机构的非奇异终端滑模面；然后利用等效滑模控制方法，计算得到由等效控制和切换控制组成的小车或大车和起升机构的非奇异终端滑模控制模型。本发明基于速度控制进行设计，易于工业应用，同时适用于起重机人工操作和自动控制两种情况下的分布式质量负载的摆动抑制，可以显著提高起重机工作效率和运行稳定性。

进一步地，为了避免切换控制中符号函数引起的高频振荡，控制模型中采用饱和函数替换符号函数，避免了高频振荡。

附图说明

图1是本发明实施例的起重机双摆系统分层非奇异终端滑模控制系统示意图。

图2是本发明实施例的分布式质量负载起重机双摆系统模型。

图3是本发明实施例的起重机双摆系统的小车或大车运行速度轨迹。

图4是本发明实施例的起重机双摆系统的起吊绳长变化轨迹。