一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法技术

本发明专利技术涉及桥吊防摇运动控制技术领域，公开了一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法，包括：基于拉格朗日方程以及桥吊模型构建桥吊多模态动态模型和新型状态变量，得到串联积分型系统；构建带有未知参数的积分型滑模面和滑模面相关的能量函数，并对其进行求导分析，得到最终控制器的基本形式；结合滑模面以及最终控制器，实现起重机的消摆与定位。本发明专利技术提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法通过构造新型积分型滑模面，将状态量进行非奇异变换得到滑模面参数，结合最终全局鲁棒控制器，可以实现系统参数变换下的抗扰控制，且可以在理论上保证所提方法的稳定性。且可以在理论上保证所提方法的稳定性。且可以在理论上保证所提方法的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法


[0001]本专利技术涉及桥吊防摇运动控制
，尤其涉及一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]作为一种应用广泛的运输工具，起重机被广泛的应用于各类工业场合。传统起重机的控制方法大多依靠人工经验，对于外部扰动以及模型不确定性缺乏有效的应对策略，并且由于起重机的欠驱动特性，导致负载的摆动难以得到及时的抑制。
[0003]想要在有外部扰动的情况下，完成起重机定位以及消摆的任务，闭环控制器是一个很好的选择，因为它的控制策略当中考虑到了负载的摆角信息。传统闭环控制器有LQR控制器、经典SMC控制器等。从应用角度来看，它们都对系统参数有着较严格的要求，系统参数的误差会不可避免的导致控制效果的变差，并且对外部扰动的抵抗作用也有所欠缺。从理论角度来看，传统的SMC控制器无法保证控制系统式全局鲁棒的，它们的稳定性证明大多都建立在一些较为苛刻的条件之上的，因此，无法从理论上保证控制系统的优越性。

技术实现思路

[0004]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。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术解决的技术问题是：现有技术在面对多模态的起重机抗扰控制问题时，大多控制器对于系统参的精准性有较严格的要求，且无法从理论上保证全局鲁棒性，因此，难以实现广泛程度上的实际应用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法，包括：
[0008]基于拉格朗日方程以及桥吊模型构建桥吊多模态动态模型和新型状态变量，得到串联积分型系统；
[0009]构建带有未知参数的积分型滑模面和滑模面相关的能量函数，并对其进行求导分析，得到最终控制器的基本形式；
[0010]结合滑模面以及最终控制器，实现起重机的消摆与定位。
[0011]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述桥吊多模态动态模型为一种具有分布式质量负载，包括：
[0012]根据拉格朗日方程以及桥吊模型，并结合桥吊模型参数构建具有分布式质量负载的桥吊动态模型，并选取新型状态变量，构造新型串联积分型系统。
[0013]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述桥吊多模态动态模型表示为：
[0014][0015][0016][0017]其中，m为运输车的质量，m1和m2分别为吊钩与负载的质量，l1为运输车与吊钩之间的绳长，l
h
为吊钩与分布质量负载质心的垂直距离，θ1和θ2分别为吊钩的角度和分部质量负载的偏转角，I为分部质量负载的转动惯量，F为运输车的驱动力，F
r
为运输车与轨道间的摩擦力，d
u
为集总扰动。
[0018]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述新型状态变量用于增强原系统状态变量之间的耦合关系，所述新型状态变量表示为：
[0019]ξ1＝x
‑
αθ1‑
p
d
[0020][0021]ξ3＝βθ2+χθ1[0022][0023]其中，ξ1,ξ2,ξ3,ξ4为所构建的新型状态变量，p
d
为小车的目标位置，β与χ为与系统参数有关的量，无实质性意义；
[0024]β与χ表示为：
[0025][0026][0027]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述串联型积分系统表示为：
[0028][0029]其中ε为系统参数相关的量，φ
d
为集中扰动相关的量，它们分别表示为：
[0030][0031][0032]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：基于所述串联型积分系统建立新型积分型滑模面，并构造出与串联积分型系统相关的带设计参数。
[0033]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述新型积分型滑模面表示为：
[0034][0035]其中，v为与串联积分型系统相关的参数，它表示为：
[0036]υ＝
‑
ψ3‑
ψ4‑
p1sat(ψ1)
‑
p2sat(ψ2)
[0037]其中，p1,p2为权值参数；
[0038]坐标变换表示为：
[0039][0040]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：利用新型串联积分型系统的信息，将滑模面相关的能量函数进行求导，并根据李雅普诺夫稳定理论得到最终控制器的基本形式。
[0041]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述最终控制器表示为：
[0042][0043]其中k
δ
，α为控制器相关参数，δ表示为：
[0044][0045]作为本专利技术所述的一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的一种优选方案，其中：结合所述滑模面以及最终控制器，实现起重机的消摆与定位，包括：
[0046]先将所述滑模面带入所述最终控制器，得到所述串联积分型系统的参数，然后再将所述串联积分型系统的参数代入到所述最终控制器当中，从而进行闭环控制，完成对于起重机的定位与消摆。
[0047]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法通过构造新型积分型滑模面，将状态量进行非奇异变换得到滑模面参数，结合最终全局鲁棒
控制器，可以实现系统参数变换下的抗扰控制，且可以在理论上保证所提方法的稳定性。
附图说明
[0048]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0049]图1为本专利技术一个实施例提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的整体流程图；
[0050]图2为本专利技术一个实施例提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的具有分布式质量负载的桥式起重机结构原理图；
[0051]图3为本专利技术一个实施例提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的实验平台结构图；
[0052]图4为本专利技术一个实施例提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法的控制器的实验结果图；
[0053]图5为本专利技术一个实施例提供的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法，其特征在于，包括：基于拉格朗日方程以及桥吊模型构建桥吊多模态动态模型和新型状态变量，得到串联积分型系统；构建带有未知参数的积分型滑模面和滑模面相关的能量函数，并对其进行求导分析，得到最终控制器的基本形式；结合滑模面以及最终控制器，实现起重机的消摆与定位。2.如权利要求1所述的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法，其特征在于：所述桥吊多模态动态模型为一种具有分布式质量负载，包括：根据拉格朗日方程以及桥吊模型，并结合桥吊模型参数构建具有分布式质量负载的桥吊动态模型，并选取新型状态变量，构造新型串联积分型系统。3.如权利要求2所述的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法，其特征在于：所述桥吊多模态动态模型表示为：为：为：其中，m为运输车的质量，m1和m2分别为吊钩与负载的质量，l1为运输车与吊钩之间的绳长，l
h
为吊钩与分布质量负载质心的垂直距离，θ1和θ2分别为吊钩的角度和分部质量负载的偏转角，I为分部质量负载的转动惯量，F为运输车的驱动力，F
r
为运输车与轨道间的摩擦力，d
u
为集总扰动。4.如权利要求2所述的基于滑模理论的桥吊全局鲁棒抗扰控制方法，其特征在于：所述新型状态变量用于增强原系统状态变量之间的耦合关系，所述新型状态变量表示为：ξ1＝x
‑
αθ1‑
p
d
ξ3＝βθ2+χθ1其中，ξ1,ξ2,ξ3,ξ4为所构建的新型状态变量，p
d
为小车的目标位置，β与χ为与系统参数有关的量，无实质性意义；β...

【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：