一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法及系统，包括：基于拉格朗日方法及实际塔式起重机工作状态，构建塔式起重机动态模型；根据塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，并根据误差信号设计变绳长PD控制器；将设计的变绳长PD控制器与基于系统可驱动信息构造的伪速度信号合并得到无速度测量变绳长PD控制器；无速度测量变绳长PD控制器基于饱和函数有界原则，构成无速度测量的五自由度塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制器，对塔式起重机进行控制。本发明专利技术仅通过系统可驱动信息构造伪速度信号，能够有效获取实际工况中的系统速度信息，并对控制器的输出力矩进行限幅，提高了控制器的效率以及性能。控制器的效率以及性能。控制器的效率以及性能。

【技术实现步骤摘要】
一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及塔式吊车防摇运动控制的
，尤其涉及一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法及系统。

技术介绍

[0002]起重机在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，也被用于越来越多的场合，由于起重机的工作场所比较复杂，在使用复杂的测量装置时，会存在速度信号难以测量的问题。而在实际工况中，电机输出也存在一定的限幅，所以如何有效的解决速度信号难以获得和保护电机不受较大输出影响的问题，是提高起重机运输效率首要考虑问题之一。因此通过利用塔式起重机动态模型，根据伪速度信号和限幅函数达到对塔式起重机良好的控制效果。

技术实现思路

[0003]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。
[0004]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0005]因此，本专利技术提供了一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法及系统解决现有的起重机控制方法没有考虑速度信号难以测量和电机输出限幅的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，包括：
[0008]基于拉格朗日方法及实际塔式起重机工作状态，构建塔式起重机动态模型；
[0009]根据所述塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，并根据所述误差信号设计变绳长PD控制器；
[0010]将所述设计的变绳长PD控制器与基于系统可驱动信息构造的伪速度信号合并得到无速度测量变绳长PD控制器；
[0011]所述无速度测量变绳长PD控制器基于饱和函数有界原则，构成无速度测量的五自由度塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制器，对塔式起重机进行控制。
[0012]作为本专利技术所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法的一种优选方案，其中：所述塔式起重机动态模型表示为：
[0013][0014]其中，M为小车的质量，m为负载的质量，l为小车与负载之间的绳长，x为小车定位，α为悬臂旋转角度，θ1和θ2分别为投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度和投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度，J0为旋转方向转动惯量，T
a
为悬臂方向的驱动力，F
x
为小车方向的驱动力，F
l
为绳子方向的驱动力。
[0015]作为本专利技术所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法的一种优选方案，其中：所述塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，包括：小车位置误差，悬臂角度误差，绳子长度误差，投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度误差以及投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度误差；
[0016]误差信号的向量形式表示为：
[0017]e1＝q1‑
q
1d
,e2＝q2‑
q
2d
,e3＝q3‑
q
3d
,e4＝q4‑
q
4d
,e5＝q5‑
q
5d
[0018]其中，q1为悬臂角度，q
1d
为悬臂角度的目标位置，q2为小车位置，q
2d
为小车的目标位置，q3为绳子长度，q
3d
为绳长的目标位置，q4为投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度，q
4d
为投射到与吊臂平行的垂直平面上角度的目标位置，q5为投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度，q
5d
为投射到垂直于悬臂的垂直平面上角度的目标位置。
[0019]作为本专利技术所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法的一种优选方案，其中：根据所述误差信号设计变绳长PD控制器，包括：将加强定位和消摆的耦合项，引入变绳长PD控制器；
[0020]加强定位和消摆的耦合项，表示为：
[0021]‑
k
γ
γ
i
(γ1β1‑
γ2β2‑
γ3β3)
[0022]‑
k
δi
[(e
42
+e
52
)β
i
][0023]其中，k
γ
＞0，γ
i
＞0，k
δi
＞0，(i＝1，2，3)。
[0024]作为本专利技术所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法的一种优选方案，其中：将所述设计的变绳长PD控制器与基于系统可驱动信息构造的伪速度信号合并得
到无速度测量变绳长PD控制器，包括：
[0025]伪速度信号，表示为：
[0026]β1＝η1+k
β1
α
[0027][0028]β2＝η2+k
β2
x
[0029][0030]β3＝η3+k
β3
l
[0031][0032]其中，α为悬臂旋转角度，x为小车位移，l为悬绳长度，k
β1
＞0，k
β2
＞0，k
β3
＞0。
[0033]作为本专利技术所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法的一种优选方案，其中：还包括：
[0034]所述无速度测量变绳长PD控制器，表示为：
[0035]T
a
＝
‑
k
α1
e1‑
k
γ
γ1(γ1β1‑
γ2β2‑
γ3β3)
‑
k
β1
β1‑
k
δ1
[(e
42
+e
52
)β1][0036]F
x
＝
‑
k
α2
e2‑
k
γ
γ2(γ1β1‑
γ2β2‑
γ3β3)
‑
k
β2
β2‑
k
δ2
[(e
42
+e
52
)β2][0037]F
l
＝
‑
mg
‑
k
α3
e3‑
k
γ
γ3(γ1β1‑
γ2β2‑
γ3β3)
‑
k
β3
β3‑
k
δ3
[(e
42
+e
52
)β3][0038]其中，m为负载质量，g是重力加速度，k
αi
＞0，k
βi
＞0，k
δi
＞0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，包括：基于拉格朗日方法及实际塔式起重机工作状态，构建塔式起重机动态模型；根据所述塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，并根据所述误差信号设计变绳长PD控制器；将所述设计的变绳长PD控制器与基于系统可驱动信息构造的伪速度信号合并得到无速度测量变绳长PD控制器；所述无速度测量变绳长PD控制器基于饱和函数有界原则，构成无速度测量的五自由度塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制器，对塔式起重机进行控制。2.如权利要求1所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于：所述塔式起重机动态模型表示为：述塔式起重机动态模型表示为：述塔式起重机动态模型表示为：述塔式起重机动态模型表示为：述塔式起重机动态模型表示为：其中，M为小车的质量，m为负载的质量，l为小车与负载之间的绳长，x为小车定位，α为悬臂旋转角度，θ1和θ2分别为投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度和投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度，J0为旋转方向转动惯量，T
a
为悬臂方向的驱动力，F
x
为小车方向的驱动力，F
l
为绳子方向的驱动力。3.如权利要求2所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，所述塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，包括：小车位置误差，悬臂角度误差，绳子长度误差，投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度误差以及投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度误差；误差信号的向量形式表示为：e1＝q1‑
q
1d
,e2＝q2‑
q
2d
,e3＝q3‑
q
3d
,e4＝q4‑
q
4d
,e5＝q5‑
q
5d
其中，q1为悬臂角度，q
1d
为悬臂角度的目标位置，q2为小车位置，q
2d
为小车的目标位置，q3为绳子长度，q
3d
为绳长的目标位置，q4为投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度，q
4d
为投
射到与吊臂平行的垂直平面上角度的目标位置，q5为投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度，q
5d
为投射到垂直于悬臂的垂直平面上角度的目标位置。4.如权利要求3所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，根据所述误差信号设计变绳长PD控制器，包括：将加强定位和消摆的耦合项，引入变绳长PD控制器；加强定位和消摆的耦合项，表示为：
‑
k
γ
γ
i
(γ1β1‑
γ2β2‑
γ3β3)其中，k
γ
＞0，γ
i
＞0，k
δi
＞0，(i＝1，2，3)。5.如权利要求4所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，将所述设计的变绳长PD控制器与基于系统可驱动信息构造的伪速度信号合并得到无速度测量变绳长PD控制器，包括：伪速度信号，表示为：β1＝η1+k
β1
αβ2＝η2+k
β2
xβ3＝η3+k
β3
l其中，α为悬臂旋转角度，x为小车位移，l为悬绳长度，k
β1
＞0,k
β2
＞0,k
β3
＞0。6.如权利要求5所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，还包括：所述无速度测量变绳长PD控制器，表示为：T
a
＝
‑
k
α1
e1‑
k
γ
γ1(γ1β1‑
γ2β2‑
γ3β3)
‑
k
β1
β1‑
k
δ1
[(e
42
+e
52
)β1]F
x
＝
‑
k
α2
e2‑
k
γ
γ2(γ1β1‑
...

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