[发明专利]一种基于等价输入干扰和重复控制原理的桥式吊车防摇控制方法

权利要求书

1.一种基于等价输入干扰和重复控制原理的桥式吊车防摇控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用同胚坐标变换原理简化吊车系统；

步骤2：防摇控制系统原理设计；

步骤3：设计状态观测器；

步骤4：设计等价输入干扰估计器；

步骤5：设计重复控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于等价输入干扰和重复控制原理的桥式吊车防摇控制方法，其特征在于，步骤1包括以下内容：

假设整个运输过程吊重绳长l不变，并且吊车与平台之间的摩擦μ很小甚至忽略不计，即μ＝0，选择吊车水平位x和负载关于竖直方向的摆角θ为系统状态变量，采用拉格朗日法建立系统模型，得到如下状态空间方程：

其中，M和m为吊车重量和吊重重量，l为吊绳长度，F为系统驱动力，令：

m₁₁＝ml²，m₁₂＝mlcosθ，m₂₁＝mlcosθ，m₂₂＝M+m

G₁＝mglsinθ，G₂＝0

其中，为系统的惯性矩阵；

将当成系统的输入，通过设计它来使得驱动状态量部分实现线性化，因此，采取同胚坐标变换方法，引入如下变换：

联立(1)和(2)得到：

即，

为保证变换后，系统结构简洁性且易于控制器设计，函数α(·)选择十分重要，对于二自由度欠驱动桥式吊车系统，采用如下选择：

α(θ)＝0 (5)

令：

σ＝Φ(z)＝f(z)-Az (6)

系统状态空间方程(1)，通过同胚坐标变换后，变换为如下状态空间方程：

其中：

3.根据权利要求1所述的一种基于等价输入干扰和重复控制原理的桥式吊车防摇控制方法，其特征在于，步骤2包括以下内容：

为了实现欠驱动桥式吊车防摇和定位问题，通过等价干扰估计器获得扰动σ_e的等价干扰估计值，采用如下控制规律实现干扰抑制：

其中，是估计器的输出，因此，如(9)式所示，通过将以负反馈的形式引入控制输入端，消除扰动σ_e的影响，可见，扰动抑制性能取决于等价输入干扰估计器的精确度。

4.根据权利要求1所述的一种基于等价输入干扰和重复控制原理的桥式吊车防摇控制方法，其特征在于，步骤3包括以下内容：

状态观测器采用高增益观测器，能够精确获得等价干扰估计值用于补偿虚拟扰动对系统造成的影响，由上述分析可知，若系统能观，则Riccati矩阵方程(10)具有位移正定解S＝S^T＞0；

AS+SA^T-SC^TR_L^-1CS+ρQ_L＝0 (10)

其中，Q_L＝Q_L^T≥0，R_L＝R_L^T≥0为加权矩阵，ρ＞0为一个正数，则观测器增益L设计为：