[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

说明书

本发明公开了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，包括步骤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。本发明提出基于等价输入干扰的控制器设计思路，仅需小车位移信息就能够保证吊车系统实现全局稳定控制。由于吊车水平移动的参考轨迹可以看成是一个加速‑匀速‑减速的周期信号，采用重复控制原理，能够大大提高跟踪精度，同时能够有效抑制外界周期性干扰对控制精度的影响。相对于传统PID控制方法，具有更好的适应性和鲁棒性，能够同时实现吊车的高精度定位和吊车防摇，大大的提高起重机的工作效率和安全性。

技术领域

本发明涉及起重机防摇控制领域，特别涉及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。

背景技术

欠驱动系统状态之间相互耦合或伴随非完整约束，欠驱动系统都会产生摆动，由于摆角是非驱动的，难以控制，作为一种典型的欠驱动起重机——欠驱动桥式吊车的防摇是目前的研究热点。针对二维桥式吊车系统,其待控变量为吊车水平位移与负载摆角，控制量为作用在吊车上的驱动力,如何抑制和消除负载摆动,只能通过合理地控制吊车的运动轨迹实现。与其他系统类似,吊车的控制方式可分为开环控制和闭环控制两类，开环控制的代表性方法包括输入整形、离线轨迹规划等。但是,开环控制方法的控制精度过度依赖于吊车的自然频率(与吊绳长度相关),且由于离线规划无法应对外界随机干扰,故鲁棒性差，实际应用效果差。因此很多学者又提出了一系列的闭环控制方法，包括双闭环PID控制、PID控制、有限时间控制、部分反馈线性化、饱和控制、滑模控制等等。上述大多方法的设计与分析都是忽略了吊车重要的非线性部分数学模型，仅仅建立在已知桥式吊车系统精确的线性部分的数学模型基础上，因此在实际应用时效果较差。同样，有的研究成果应用于吊车系统时，必须提出一些比较苛刻的假设或者工作环境很理想，虽然这类控制方法能够较好的保证吊车轨迹镇定在某一条轨迹上，但是控制力变化剧烈，又或者是鲁棒性较差，容易受到外界干扰，同时跟踪精度低。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供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，用以解决当前技术中控制力变化剧烈，鲁棒性较差，容易受到外界干扰，同时跟踪精度低的问题。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

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，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。

进一步的，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＝mgl sinθ，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：