一种基于自适应滑模变结构的船用起重机减摆控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应滑模变结构的船用起重机减摆控制方法，旨在解决船用起重机系统参数发生变化引发的控制器频繁整定控制参数的问题，具体包括：根据船用起重机系统的运动规律，对其动力学建模，采用非线性扩张观测器(NLESO)补偿系统未建模扰动，引入误差函数，获取滑模面的等效控制律，将负载质量等价为估计参数，设计对负载质量有先验认知的自适应律，分析及证明所述方法的渐进稳定性。本发明专利技术提升了船用起重机模型的准确性，有效减少了负载摆角，提高了响应速度，同时使系统具有较强的鲁棒性。较强的鲁棒性。较强的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应滑模变结构的船用起重机减摆控制方法


[0001]本专利技术属于船用起重机控制领域，尤其涉及一种基于自适应滑模变结构的船用起重机减摆控制方法。

技术介绍

[0002]船用起重机作为一类常见的舰载装备，被广泛用于海上货物转运、吊装作业、海上工程的安装与维护。由于海洋环境的复杂性和此类装备的欠驱动特性，在作业时由于船体的随机运动，负载会产生复杂的非线性动力学响应。此外，当系统某些参数发生变化时，控制器的控制精度会大幅下降。因此，如何减小负载摆角，提高系统的鲁棒性，对保证安全作业具有重要意义。
[0003]目前，常规的船用起重机控制方法有PID控制、反馈线性化控制、滑模变结构控制、能量反馈控制、智能控制等。其中，滑模变结构控制(SMC)技术由于鲁棒性强、响应速度快、对参数变化及扰动不灵敏等优点，被广泛用来控制该非线性系统。
[0004]但对于船用起重机系统而言，在起吊不同质量的负载时，由于负载质量变化需要对滑模面的控制参数反复整定，极大降低了运输效率。此外，模型内部还存在未建模扰动问题使得模型不精确，可信度下降，这些影响因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应滑模变结构的船用起重机减摆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用拉格朗日方程对船用起重机进行三自由度建模，分离系统可驱动部分与不可驱动部分；S11：取小车的运动位移y
t
、吊绳长度l及负载摆角θ作为广义状态变量q＝[y
t l θ]
T
∈R3，取小车的拉力f
y
和滚筒转动产生的升力f
M
作为广义输入力F＝[f
y f
M 0]
T
，根据拉格朗日方程：式中，L为拉格朗日函数，且L＝T
‑
V，T和V分别为船用起重机系统总动能与势能，为广义状态变量的一阶导，整理得到系统动力学的一般形式：式中，为广义状态变量的二阶导，M(q)为系统惯性矩阵，且为对称正定阵，为系统科里奥利力以及离心力矩阵，G(q)为系统重力矩阵，W(q)为海浪产生的扰动矩阵，表达式如下：如下：G(q)＝[G
1 G
2 G3]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(5)W(q)＝[W
1 W
2 W3]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)S12：基于起重机的欠驱动特性，分离状态变量为可驱动变量q1∈R2(y
t
，l)和不可驱动变量q2∈R1(θ)，将式(2)改写成分离后的形式如下：(θ)，将式(2)改写成分离后的形式如下：式中，F1＝(f
y
，f
M
)，Δ定义为系统内未建模扰动量(假设存在上界)，与的表达式如下：表达式如下：S2：根据S1得到的船用起重机动力学方程，将状态变量的误差函数引入到变结构滑模面，得到滑模变结构控制律；S21：根据S12得到的系统可驱动部分(7)和不可驱动部分(8)，将式(8)代入式(7)整理得到：式中，
所设计的控制器最终目标是使负载的摆角为0
°
，即q
2d
→
0，同时，跟踪小车和吊绳的位置趋于目标位置，即q1→
q
1d
，因此，定义误差向量e1(t)与e2(t)为：e1(t)＝[y
t
(t)
‑
y
dt
(t) l(t)
‑
l
d
(t)]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)e2(t)＝θ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)式中，y
dt
(t)与l
d
(t)为小车与吊绳的期望位置；为达到预期控制效果，同时保证当t
→
∞时，e1(t)
→
0与e2(t)
→
0；S22：根据S21的推导与分析，对于船用起重机系统而言，一方面要求小车与吊绳快速达到期望位置，另一方面同时要消除负载产生的摆角；因此，定义的滑模面s函数应包含y
t
、l及θ三个变量，定义如下：式中，α＝diag(α1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明晓，姬长宇，栾添添，王万鹏，王楠，张景睿，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：