技术特征：
1.一种基于hurwitz稳定的动基座桥式起重机防摆滑模控制方法，其特征在于：包括步骤s1.建立动基座桥式起重机基于拉格朗日方程的系统动力学模型s101.在动基座桥式起重机中，引入三个坐标系，建立动基座桥式起重机的二维动力学模型；s102.对动基座桥式起重机的二维动力学模型进行线性化处理，得到简化后的动基座桥式起重机系统的线性数学模型；s2.引入系统的状态变量，根据简化后的动基座桥式起重机系统的线性数学模型，设计控制器的起重机系统的控制律系统总输入。2.根据权利要求1所述的一种基于hurwitz稳定的动基座桥式起重机防摆滑模控制方法，其特征在于：步骤s101所述的动基座桥式起重机的二维动力学模型的建立过程包括：(1)构造动基座桥式起重机系统的二维平面模型；(2)在动基座桥式起重机系统的二维平面模型的基础上，引入平面参考坐标系o0x0y0、固定在基座质心位置的随基座移动的坐标系o
s
x
s
y
s
和小车移动坐标系o
t
x
t
y
t
，在参考坐标系o0x0y0下，根据负载摆角与摆长的几何关系，将小车的位移p
m
和吊重位移p
m
的水平分量和垂直分量表示为：为：其中，平面参考坐标系o0x0y0是以静止时起重机基座的质心作为原点，水平方向作为x0轴正向，以垂直地面方向为y0轴正向建立的坐标轴；在式(2)和式(3)中，h为起重机门架高度，x为小车在o
s
x
s
y
s
参考坐标系中的坐标位置，l为小车质心到吊重质心的长度，θ为吊物在沿轨道运行方向上摆动的角度，y为动基座升沉位移，φ为动基座随波浪运动而产生的横摇角，(y,φ)为船的运动状态向量定义；(3)对式(2)和式(3)关于时间进行微分，得到小车的速度v
m
和负载的速度v
m
表达如下：v
m
＝[v
mx v
my
]
t
ꢀꢀꢀꢀ
(4)v
m
＝[v
mx v
my
]
t
ꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，在式(4)和式(5)中：其中，在式(4)和式(5)中：其中，在式(4)和式(5)中：其中，在式(4)和式(5)中：(4)系统的动能为小车动能t1、负载动能t2之和，即：t＝t1+t2ꢀꢀꢀꢀ
(6)
其中：在式(6)中，(5)以小车的质心为零势能点，则系统的势能为：u＝mg(y+h cosθ+x sinφ)-m
p
gl cosθ+m
p
g(y+h cosφ+x sinφ)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)以上系统的动势能不包含搭载起重机的船舶或平台的动能和势能，将基座运动而产生的运动状态(y,φ)当作干扰项进行处理；(6)负载水平摆动的运动过程中，风阻产生摩擦力矩为f
v
，设μ为风阻摩擦系数，则状态量θ方向的广义力为根据式(8)可得小车与水平轨道间的摩擦力包括动摩擦力和静摩擦力模型f
r
为其中在式(9)中，f
r0
，ε
f
，k
x
为可调参数；(7)根据式(9)可得到状态量x方向的广义力：(8)由拉格朗日方程得到动基座桥式起重机系统关于状态量x,θ的动力学方程为：(8)由拉格朗日方程得到动基座桥式起重机系统关于状态量x,θ的动力学方程为：其中，式(11)和式(12)表示的数学模型是将动基座桥式起重机摆动阻尼考虑在内的非线性动力学微分方程。3.根据权利要求2所述的一种基于hurwitz稳定的动基座桥式起重机防摆滑模控制方法，其特征在于：步骤s102所述的动基座桥式起重机的二维动力学模型的简化过程包括：设sinθ≈θ,sinφ≈φ,cosθ≈1,cosφ≈1,θ2≈0，对式(11)和式(12)进行简化，可得系统的线性数学模型为：化，可得系统的线性数学模型为：4.根据权利要求1所述的一种基于hurwitz稳定的动基座桥式起重机防摆滑模控制方法，其特征在于：步骤s2所述的控制器的起重机系统的控制律系统总输入的设计过程包括s201.引入定义系统的状态变量根据动基座桥式起重机系统的线性数学模型，原系统动力学方程可进一步转化为：
在式(16)中，u(t)＝f
x-f
rx
，表示小车运行的输入控制量，d1,d2为外部干扰和系统参数摄动项所组成的不确定变量，有|d
1,2
|≤d，g1和g2为模型非线性动态，b1和b2分别表示位移和摆角回路的控制量增益，它们的值分别为：其中在式(17)中，δ1,δ2为系统简化引起的不确定动态，m和m分别表示小车和负载的质量，g为重力加速度；s202.根据式(16)所示的欠驱动系统，将系统状态变量x＝[x1,x2,x3,x4]
t
分为由小车的位置、速度状态组成的第一组(x1,x2)、由负载的摆角以及角速度状态组成的第二组(x3,x4)；s203.根据上述(x1,x2)和(x3,x4)，将原系统转化为小车子系统σ1和摆角子系统σ2；s204.设x
d
,θ
d
为控制目标，运行过程中小车定位误差e
x
定义为e
x
＝x
1-x
d
、摆角状态误差e
θ
定义为e
θ
＝x
3-θ
d
，包含小车定位误差及摆角定位误差的滑模面s为：其中在式(18)中，c1、c2、c3为待定系数，对滑模面s求导可得s205.设负载摆角的控制目标θ
d
＝0，则e
θ
＝θ,结合式(16)可得s206.令设计系统的等效控制量u
eq
为：s207.在控制律中加入滑模面的切换控制律u
sw
，可得指数趋近律s208.得到控制器的起重机系统的控制律系统总输入为
技术总结
本发明公开了一种基于Hurwitz稳定的动基座桥式起重机防摆滑模控制方法，包括步骤S1.建立动基座桥式起重机基于拉格朗日方程的系统动力学模型；S2.引入系统的状态变量，根据动基座桥式起重机系统简化模型，设计控制器的起重机系统的控制律系统总输入；本方法通过通过利用Hurwitz稳定矩阵性质，将滑模面参数转化为单参数调整，能够有效解决滑模控制器参数多、整定难的问题，具有对小车定位、负载消摆及控制器能耗和鲁棒性好的特点。控制器能耗和鲁棒性好的特点。控制器能耗和鲁棒性好的特点。
技术研发人员：何祯鑫 杜文正 王欣 于传强 郭杨 刘渊 王俊提
受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程大学
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/6/7