[发明专利]一种考虑桥式起重机干扰的连续滑模控制方法

说明书

本发明属于欠驱动起重机系统的控制技术，本发明公开了一种考虑桥式起重机干扰的连续滑模控制方法：引入了未知扰动W并构建了只存在滑动阶段的滑模面s，建立连续滑模控制器，然后由增量式编码器测出桥式起重机的台车位移的大小，由连续滑模控制器计算出所需控制的台车位移以及负载摆动的信号大小，进而通过桥式起重机电机控制小车移动，并间接控制负载摆动。本发明所设计的连续滑模控制方法可以更好的提高系统的稳定性，并降低了实际操作过程中可能存在的安全隐患。

技术领域

本发明属于欠驱动起重机系统的控制技术，具体是一种考虑桥式起重机干扰的连续滑模控制方法。

背景技术

桥式起重机近年来已成为现代工业领域的研究热点，其作为一种典型的欠驱动机械设备被广泛应用于港口、工厂、车间等工业场所，主要进行的工作是物料运输，即将负载快速且精准地从初始位置运送到目标位置，同时抑制负载的摆动。虽然桥式起重机具有运输效率高、能耗低、机械结构简单等优点，但是其欠驱动特性却加大了控制问题的研究难度。所谓欠驱动即是指控制输入个数少于被控自由度个数，所以存在被间接控制的控制目标，加大了控制系统的设计难度。

目前，针对欠驱动桥式起重机的控制问题，已有不少学者进行了深入的研究。现有的研究成果主要分为两个方面：开环控制和闭环控制。其中一种典型的开环控制方法是通过改变指令输入信号来消除桥式起重机系统的负载摆动。另一种控制方法为闭环控制，闭环控制是指通过对系统状态的测量和估计来抑制和消除负载的摆动，从而获得精准的定位。相比开环控制，闭环控制对外部干扰和参数变化的敏感度要低的很多。现有的闭环控制主要包括自适应控制、滑模控制等。此外，一些学者还提出了一些智能控制方法如模糊控制、神经网络控制等。

对于桥式起重机的工作环境而言，一些不可避免的外界干扰会对起重机的精确控制带来影响，滑模控制可以很好消除外界干扰对系统稳定的影响，是一种鲁棒控制方法。但现有大多数基于滑模控制的控制方法都是不连续的，如文献中采用的滑模控制方法都是不连续的，对于系统而言，控制的不连续性必然引起系统的抖振，严重时甚至会引起安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种考虑桥式起重机干扰的连续滑模控制方法，用以桥式起重机使其具有良好鲁棒性的连续控制，避免起重机实际应用过程中存在的安全隐患，提高起重机的工作效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种考虑桥式起重机干扰的连续滑模控制方法，包括引入了未知扰动W并构建了只存在滑动阶段的滑模面s，建立连续滑模控制器，然后由增量式编码器测出桥式起重机的台车位移的大小，由连续滑模控制器计算出所需控制的台车位移以及负载摆动的信号大小，进而通过桥式起重机电机控制小车移动，并间接控制负载摆动。

作为一种考虑桥式起重机干扰的连续滑模控制方法的改进：

所述连续滑模控制方法包括以下步骤：

步骤一、确立动力学模型

桥式起重机系统的动力学方程为：

其中，M为台车的质量，m为负载的质量，l为吊绳的长度，x为台车的位移，为台车的速度，为台车的加速度，θ为负载摆动的角度，为负载摆动的角速度，为负载摆动的角加速度，F_x为作用于台车的驱动力，g为重力加速度，W为不确定的未知扰动，

其中，表示干扰项W，表示干扰项W的导数的上界；

步骤二、确立控制目标

控制目标为：

其中，p_dx为台车的控制目标位置，^T表示矩阵的转置，

其中，t为时间；