[发明专利]基于运动规划的桥式吊车自适应控制方法

摘要

一种基于运动规划的桥式吊车自适应控制方法。该方法包括：制定运动规划，为吊车台车设计一条期望的位置-时间曲线，如果台车沿其运动，可使台车相对快速到达目标位置，而负载摆角也在一个较小的可以接受的范围内。同时，针对不同情况与需求可调整其中参数，使其运输最大速度、加速性能满足实际工况要求与约束；设计自适应跟踪控制器，通过在线实时测量台车位置、速度与负载摆角、角速度，得到控制输出。该控制器可以在未知吊车台车负载质量、吊绳长度、摩擦等阻力参数时，较好地跟踪设定运动曲线，最终使误差、摆角和控制力全程保持在较小范围内，并最终收敛至0。可见，本发明轨迹规划与自适应跟踪控制方法的优越性。

主权项

1.一种基于运动规划的桥式吊车自适应控制方法，其特征在于该方法包括：第一、台车运动规划为吊车台车设计一条期望的位置一时间曲线，如果台车沿其运动，可使台车快速到达目标位置，而负载摆角也在一个可以接受的范围内；为此，将位置-时间曲线设计为单向平滑的S形曲线，即：xd(t)=pd2+kv24kaln(cosh(2kat/kv-∈)cosh(2kat/kv-∈-2pdkd/kv2))]]>x·d(t)=kvtanh(k1-∈)-tanh(k1t-∈-pdk2)2]]>x··d(t)=ka(1cosh2(k1t-∈)-1cosh2(k1t-∈-pdk2))]]>其中p_d为台车所要达到的目标位置(起始位置为0位置)，k_v、k_a分别为允许的台车最大速度与加速度，ε为调整曲线形状的相关参数；该曲线所设计的台车位移x_d(t)、速度加速度均为光滑连续曲线，且比现有的指令曲线有更好的摆角抑制能力；第二、自适应跟踪控制器的设计对于实际应用情况，当负载质量、吊绳长度、摩擦阻力未知时，为使台车跟踪以上曲线，设计了一种自适应控制器，通过在线实时测量台车位置、速度与负载摆角、角速度，得到控制输出，控制电机与执行器提供相应输出力，带动台车运动，完成运动曲线的跟踪，并适应未知参数，该控制器具体形式如下：fx(t)=-YTω^-kpr-kdr·]]>其中r(t)＝x(t)-x_d(t)为台车现有位置与运动规划曲线的误差，而为该误差导数；为控制器中的PD控制项，而为参数适应项，其中：ω＝[f_r0x f_r0xw_rx k_rx+d_x+d_f d_fl m_x+m]^T为位置参数向量，而Y(t)=-tanh(x·/ηx)tanh(x·/ηx-hxtanh(x·/ηx))-x·-2Cxθ·x-x··dT]]>为未知适应项系数；n(t)＝Y^Tωn(t)=-fr0xtanh(x·/ηx)-krxx·+fr0xwrxtanh(x·/ηx-hrxtanh(x·/ηx))]]>-(dx+df)x·-2dflCxθ·x-(mx+m)x··d]]>为控制器设计时所需适应的未知参数式，为吊车各部分质量m_x与m、吊绳长度l、摩擦阻力f_r0x及其阻力因数k_rx、d_x、d_f与w_rx的线性组合项；我们对其中的未知参数项进行在线估计，参数更新律如下：ω^·(t)=ΓYr·]]>其中Γ为一正定对称阵，而对进行在线积分即可得到ω的估计值。