一种分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法，包括根据拉格朗日方程以及桥吊模型，构建具有分布式质量负载的桥吊三维动态模型；根据所述三维动态模型，结合定位误差，构建自适应更新律；根据所述自适应更新律，构建增强定位的鲁棒自适应控制器，实现桥吊定位与消摆。本发明专利技术跟踪误差的自适应更新律，所述自适应更新律可以保证系统精确跟踪目标轨迹，可以在误差非零时实时估计系统包括小车质量，吊绳长度等系统参数，因此也提高了所述控制器的鲁棒性能，并且最终可以实现小车和导轨的定位以及分布式质量负载的消摆目的。

【技术实现步骤摘要】
一种分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法
本专利技术涉及桥吊防摇运动控制的
，尤其涉及一种分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法。
技术介绍
作为一种应用广泛的的运输工具，桥是起重机被广泛使用与码头，工厂等工业现场，然而由于它固有存在的欠驱动特性，即输入量少于被控制量，它的控制也尤其复杂。以往人们在针对桥式起重机设计控制器时，通常把桥式起重机模型的动态特性看作是单摆特性，即将吊钩与负载看作一个质点，另外，由于桥式起重机的驱动器均为类线性力，因此，设计出的控制器往往结构简单，易于实现。但随着社会工业化程度的提高，工业现场的运输要求也越来越严格，具体来说，某些桥式起重机运输环境需要运送化工相关货物，为了安全考虑，这就对于运输过程中负载角度抑制的要求就会大大提高；当需要运输一些具有分布式质量的货物时，负载就会不可避免的产生传动惯量，这将对起重机包括定位与消摆上的控制产生不利影响，甚至会导致系统不稳定；在工业现场中，很大一部分起重机的动态特性呈现出双摆特性，因此它的动态特性更加复杂，控制难度也很大。对于传统控制器，大多数是针对二维桥式起重机模型，即只考虑小车或者导轨单独作用的情况，因此在需要小车和导轨同时运动的工业场合，此类控制器便不再适用，另外，传统控制器很少有针对具有分布式质量负载的桥式起重机双摆模型的设计。一般自适应控制率仅仅考虑估计系统位置参数，即当驱动器操控下的小车或者导轨停止运动时，控制器中的估计律项便为零，这就导致了无法准确消除由于外部扰动因素而产生的定位误差，而且一般自适应控制器通常需要反馈多通道的数据，甚至需要全状态反馈，这就导致了实际应用中成本的大幅提高。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术解决的技术问题是：在起重机系统中，当吊钩与负载间存在不可忽略的绳长且吊钩的质量足够大时，桥式起重机呈现会呈现出双摆特性，而且当运输分布式质量负载时，现有的基于质点模型的控制器难以完成精确以及消摆的任务。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：根据拉格朗日方程以及桥吊模型，构建具有分布式质量负载的桥吊三维动态模型；根据所述三维动态模型，结合定位误差，构建自适应更新律；根据所述自适应更新律，构建增强定位的鲁棒自适应控制器，实现桥吊定位与消摆。作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述构建桥吊三维动态模型包括，结合应用过程中的摩擦力以及风阻，利用拉格朗日建模方程构建具有分布式质量负载桥吊三维动态模型，所述三维动态模型表示为：M＝[mij]∈R6×6,C＝[Cij]∈R6×6,i＝1,...,6,j＝1,...,6,G＝[00gl1m1cosθ2sinθ1+gl1m2cosθ2sinθ1gl1m1cosθ1sinθ2+gl1m2cosθ1sinθ2glhm2cosθ4sinθ3glhm2cosθ3sinθ4]TU＝[FxFy0000]T,Fs＝[FrxFry0000]T其中:l1为小车与吊钩间的绳长，l2为吊钩与分布质量负载固定间的绳长，lh为吊钩与分布质量负载质心间的垂直距离，m1和m2分别为吊钩与分布质量负载的质量，g为重力加速度，θi,i＝1,...,4分别为吊钩与分布质量负载的角度以及它们对应的一阶导，和分别为小车与导轨的运动距离的一阶导，对于驱动力部分，Fx与Fy分别为小车与导轨的驱动力，Frx和Fry分别为小车和导轨在各自方向上的摩擦力，di,i＝1,...6为各状态量在其方向上的风阻系数。作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述构建自适应更新律包括，在所述动态模型中，结合摩擦力模型、分析系统的动能和势能以及系统总能量变化率，构建一种包含定位误差的自适应更新律并规划自适应更新律参数的选取。作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述结合摩擦力模型包括，由于桥吊起重机应用中可驱动力部分存在不可避免的摩擦力，所述摩擦力表示为：其中：f11和f21为静摩擦力相关系数，f12和f22为滑动摩擦力相关系数，εx和εy为摩擦力模型的陡峭程度，一般取0.01。作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述一种包含定位误差的自适应更新律包括，根据所述系统总能量变化率，构造定位误差的自适应更新律，所述自适应更新律包括x方向和y方向的更新律，所述更新律分别用和表示，其详细表达式如下所示：ωyT＝[m1+m2+myf21f22d2]ωxT＝[m1+m2+mxf11f12d1]其中：Πx和Πy分别为x方向和y方向更新律的可变权重矩阵，且均为对角正定矩阵，γx和γy均为自适应更新律的相关矩阵，并且为一维向量，ωx与ωy为待估计向量，ex和ey为跟踪轨迹的误差，和分别为对应的微分量，α以及δ(*)是自适应更新律中的增强定位项，其中δ(*)为饱和函数并满足足以下关系式：作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述规划自适应更新律参数的选取包括，所述自适应更新律参数的选取应满足以下要求：Πx＝diag(kx1,kx2,kx3,kx4)，Πy＝diag(ky1,ky2,ky3,ky4)，其中所述自适应更新律参数中的各项根据实际操作环境进行选取，结合所述系统总能量变化率，对所述自适应控制器的参数进行限制。作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述对自适应控制器的参数进行限制包括，在所述自适应更新律中增强定位项α的选取需要满足以下约束条件：其中：为参数的上界值，*指代l、m参数，λM为关于矩阵M的常数值，需要满足以下条件：作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述构建增强定位的鲁棒自适应控制器包括，将所述包含定位误差的自适应更新律以及更新律相关矩阵，构建增强定位的鲁棒自适应控制器，其详细表达式为：其中：k1p和k2p误差相关控制系数，k1d和k2d为误差微分相关控制系数。作为本专利技术所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法的一种优选方案，其中：所述构建增强定位的鲁棒自适应控制器还包括，根据分析系统能量函数，对控制器相关参数进行限制，所述误差相关控制系数以及误差微分相关控制系数需要满足以下约束条件：本专利技术的有益效果：本专利技术提出了包含定位误差的自适应更新律，所述自适应更新律可以保证系统精确跟踪目标轨迹，可以在误差非零时实时估计系统包括小车质量，吊绳长度等系统参数，因此也提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法，其特性在于，包括：/n根据拉格朗日方程以及桥吊模型，构建具有分布式质量负载的桥吊三维动态模型；/n根据所述三维动态模型，结合定位误差，构建自适应更新律；/n根据所述自适应更新律，构建增强定位的鲁棒自适应控制器，实现桥吊定位与消摆。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法，其特性在于，包括：
根据拉格朗日方程以及桥吊模型，构建具有分布式质量负载的桥吊三维动态模型；
根据所述三维动态模型，结合定位误差，构建自适应更新律；
根据所述自适应更新律，构建增强定位的鲁棒自适应控制器，实现桥吊定位与消摆。


2.如权利要求1所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法，其特征在于：所述构建桥吊三维动态模型包括，
结合应用过程中的摩擦力以及风阻，利用拉格朗日建模方程构建具有分布式质量负载桥吊三维动态模型，所述三维动态模型表示为：



M＝[mij]∈R6×6,C＝[Cij]∈R6×6,i＝1,...,6,j＝1,...,6,
G＝[00gl1m1cosθ2sinθ1+gl1m2cosθ2sinθ1gl1m1cosθ1sinθ2+gl1m2cosθ1sinθ2glhm2cosθ4sinθ3glhm2cosθ3sinθ4]T
U＝[FxFy0000]T,Fs＝[FrxFry0000]T



其中:l1为小车与吊钩间的绳长，l2为吊钩与分布质量负载固定间的绳长，lh为吊钩与分布质量负载质心间的垂直距离，m1和m2分别为吊钩与分布质量负载的质量，g为重力加速度，分别为吊钩与分布质量负载的角度以及它们对应的一阶导，和分别为小车与导轨的运动距离的一阶导，对于驱动力部分，Fx与Fy分别为小车与导轨的驱动力，Frx和Fry分别为小车和导轨在各自方向上的摩擦力，di,i＝1,...6为各状态量在其方向上的风阻系数。


3.如权利要求1或2所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法，其特征在于：所述构建自适应更新律包括，
在所述动态模型中，结合摩擦力模型、分析系统的动能和势能以及系统总能量变化率，构建一种包含定位误差的自适应更新律并规划自适应更新律参数的选取。


4.如权利要求3所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控制方法，其特征在于：所述结合摩擦力模型包括，
由于桥吊起重机应用中可驱动力部分存在不可避免的摩擦力，所述摩擦力表示为：






其中：f11和f21为静摩擦力相关系数，f12和f22为滑动摩擦力相关系数，εx和εy为摩擦力模型的陡峭程度，一般取0.01。


5.如权利要求3所述的分布质量负载的桥吊防摇定位控...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳慧珉，杨领，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32