带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD‑SMC控制方法及系统，首先建立了桥式吊车系统的误差模型。紧接着，用PD控制器替代典型SMC控制器的等效部分，避免了解系统参数的先验知识；为提高负载摆动的消除与抑制能力，在设计的控制器中引入了一个额外项。接下来，利用Lyapunov方法、拉塞尔不变性原理、Schur补证明了平衡点处的渐近稳定性以及系统状态的收敛性。最后，给出实验结果验证所提控制方法的有效性以及鲁棒性。

PD-SMC Control Method and System for Three-dimensional Bridge Crane System with Load Swing Suppression

The invention discloses a control method and system of a three-dimensional bridge crane system with load swing suppression, and first establishes an error model of the bridge crane system. Then, the equivalent part of a typical SMC controller is replaced by a PD controller, which avoids the prior knowledge of solving system parameters. In order to improve the ability of eliminating and suppressing load swing, an additional term is introduced into the controller. Next, using Lyapunov method, Russell invariance principle and Schur complement, the asymptotic stability at the equilibrium point and the convergence of the system state are proved. Finally, experimental results are given to verify the effectiveness and robustness of the proposed control method.

【技术实现步骤摘要】
带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法及系统
本专利技术涉及三维桥式吊车系统控制
，尤其涉及一种带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法及系统。
技术介绍
作为一类大型的工程搬运设备，桥式吊车已广泛应用于工厂、仓库、建筑工地等诸多领域。桥式吊车系统的两个主要控制目标是快速而精确的台车定位、负载摆动的快速抑制与消除。在实际应用中，为了灵活以及简化机械结构，没有对负载施加直接的控制力。鉴于桥式吊车系统的待控自由度的个数多于系统的控制输入的维数，因此桥式吊车系统是一类欠驱动非线性系统。并且，此系统往往还受到外部扰动、系统参数不精确、未建模动态、灵活的吊绳等因素的影响，使得欠驱动吊车系统的控制方法极具挑战性，至今仍有很多问题尚未得到解决。在过去的几十年间，国内外众多学者致力于桥式吊车系统的定位消摆控制问题，并提出了一系列有意义的控制方法。基于是否需要状态反馈这一事实，现有控制方法可粗略的分为两大类：开环控制方法以及闭环控制方法。详细的来说，开环控制方法通过充分利用台车位移与负载摆角之间的耦合关系，合理规划台车的期望加速度轨迹，主要包括最优开环控制[5-7]、运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD‑SMC控制方法，其特征在于，包括：确定三维桥式吊车系统的动力学模型，定义X、Y方向上的台车定位误差信号；建立桥式吊车系统的误差模型；分别引入正定对角矩阵和滑模面，得到初始三维桥式吊车系统PD‑SMC控制器；在初始三维桥式吊车系统PD‑SMC控制器的基础上引入负载摆角信息，得到带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD‑SMC控制器。

【技术特征摘要】
1.带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法，其特征在于，包括：确定三维桥式吊车系统的动力学模型，定义X、Y方向上的台车定位误差信号；建立桥式吊车系统的误差模型；分别引入正定对角矩阵和滑模面，得到初始三维桥式吊车系统PD-SMC控制器；在初始三维桥式吊车系统PD-SMC控制器的基础上引入负载摆角信息，得到带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制器。2.如权利要求1所述的带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法，其特征在于，在带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制器中，引入双曲正切函数替代符号函数，消除SMC方法固有的震颤现象。3.如权利要求1所述的带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法，其特征在于，确定三维桥式吊车系统的动力学模型具体为：其中，Mx表示台车质量，My为台车与桥架的质量之和，mp代表负载质量，l、g分别表示吊绳长度以及重力加速度，x、y分别为X、Y方向上台车的位移，θx以及θy表示负载摆角，Fx、Fy分别为施加于X、Y方向上施加于台车上的驱动力，Sx、Sy、Cx以及Cy分别表示sinθx、sinθy、cosθx以及cosθy的缩写，frx、fry分别代表X、Y方向上的摩擦力。4.如权利要求1所述的带负载摆动抑制的三维桥式吊车系统PD-SMC控制方法，其特征在于，定义X、Y方向上的台车定位误差信号具体为：其中，pdx以及pdy分别表示X、Y方向上台车的目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦华，张永峰，程新功，宗西举，王鲁浩，李立生，
申请(专利权)人：济南大学，国网山东省电力公司电力科学研究院，山东东鼎电气有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37