专利名称：基于负载广义运动的桥式吊车非线性耦合控制方法
技术领域：
本发明属于非线性欠驱动机电系统自动控制的技术领域，特别是涉及ー种基于负载广义运动的桥式吊车非线性耦合控制方法。
背景技术：
目前，桥式吊车在エ业、加工业、建筑业等领域已经得到了非常广泛的应用。由桥式吊车的机械结构可知，台车在电机的驱动下沿桥架在水平方向上运动，而负载则通过吊绳悬挂在台车下随之运动，无法对其进行直接控制，因此吊车属于典型的欠驱动机电系统。由于受到惯性及外界干扰的影响，在运送过程中，负载会不可避免地产生摆动，这样不仅降低了整个系统的工作效率，而且可能会导致较大的安全隐患。桥式吊车的工作目标是将负载(如钢材、建筑材料、货物等)从其初始位置运送到目标位置正上方，然后将其平稳地放置在目标位置。因此，对于吊车控制而言，一方面需要台车尽可能快地到达目标位置上方；另一方面，在整个运送过程中，应将负载摆动控制在ー个合理的范围内。遗憾的是，由于系统的欠驱动特性，难以同时兼顾这两个方面。就目前而言，绝大多数在实际中应用的桥式吊车仍然采用人エ控制方法，系统的运行效率在很大程度上依赖于工人师傅的操作经验，而培训一个熟练的操作人员则需花费大量的时间与财力。此外，在ー些极端的应用场合，如核物质运送，人工操作具有极高的危险性。为此，高性能桥式吊车自动控制方法的设计与实现显得愈加重要。目前，桥式吊车的控制方法大致可分为开环控制[2-6]、闭环控制[7-10]以及智能控制[11-12]三类。开环控制方法在没有外界干扰的情况下能取得良好的控制效果。然而，实际应用场合中不可避免地存在各种外界干扰，如风力、摩擦等，这些因素在一定程度上降低了开环方法的实用性。相比之下，闭环控制与智能控制方法则可较好的解决这ー问题。就目前而言，绝大多数闭环反馈控制方法都面向镇定控制策略，而由エ业机器人的控制经验可知，轨迹跟踪控制往往能取得优于镇定策略的控制效果。而已有的轨迹跟踪控制方法，如文献[9]，[10]中提出的跟踪策略，均要求所规划的轨迹应满足大量的约束条件，如參考轨迹中台车的速度应为非负，这些条件限制了其在桥式吊车系统上的实际应用性能。
发明内容
本发明目的是解决现有技术存在的上述不足，提供ー种既适用于镇定控制，又能用以轨迹跟踪控制的桥式吊车非线性耦合控制方法，g在提高控制系统的瞬态性能，同时放宽对參考轨迹所作的约束条件。本发明致力于通过分析台车与负载之间的动态耦合关系，构造ー种新颖的基于负载广义运动的非线性耦合控制方法，放宽对參考轨迹的限制条件，提高台车的跟踪性能与实现负载摆动的快速消除，并将其应用于实际吊车平台进行实验，提高系统的工作效率。本发明提供的基于负载广义运动的桥式吊车非线性耦合控制方法，包括如下步骤
步骤I、參考轨迹选取首先，确定一条台车參考轨迹xd(t)，以便引导台车到达目标位置pd，其中，t表示时间；满足如下条件的轨迹均能够用作參考轨迹Xd(t)a)xd(t)有界，即xd(t) G L00，且在有限的时间tf内，Xd(t)趋于台车目标的位置Pd，其中，起始时间为0时刻，起始位置为0 ;b)xd(t)的一阶导数ち(り与ニ阶导数もけ)均有界，即ち(かち(句e ￡x，且经过、后，id{t) = 0,i:d(t) = 0;对于镇定控制，直接选取xd(t) ^ pd。步骤2、误差信号构造定义如下误差信号I (t)及其前ニ阶导数信号I⑷I⑷
权利要求
1.一种基于负载广义运动的桥式吊车非线性耦合控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤 步骤I、参考轨迹选取 首先，确定一条台车参考轨迹Xd(t)，以便引导台车到达目标位置Pd，其中，t表示时间；满足如下条件的轨迹均能够用作参考轨迹Xd (t): a)xd(t)有界，即xd(t)G L00，且在有限的时间tf内，xd(t)趋于台车目标的位置pd， 其中，起始时间为O时刻，起始位置为O ; b)xd(t)的一阶导数七⑴与二阶导数士⑷均有界，即稱满
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，对于镇定控制，直接选取xd(t) =pd。
全文摘要
基于负载广义运动的桥式吊车非线性耦合控制方法。针对欠驱动吊车系统，提出了一种基于负载广义运动的非线性耦合控制方法，该方法具有良好的台车定位与负载摆动消除性能。相比较已有的吊车控制方法，该方法既适用于镇定控制又适用于轨迹跟踪控制。该方法包括设计了一个类似于负载水平位移的信号，并在此基础之上构造了一种新的误差信号，增强了台车与负载之间的耦合关系；提出了一种新颖的非线性耦合控制方法，将吊车系统转化为一个由负载摆动子系统与误差信号子系统组成的互联系统。借助输入—状态稳定性理论与拉塞尔不变性原理证明了闭环系统的控制性能。实验结果表明，本发明所提出的控制方法能取得良好的控制效果，具有很好的实际应用价值。
文档编号B66C13/06GK102765665SQ20121024353
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者孙宁, 孙秀云, 张雪波, 方勇纯 申请人:南开大学