【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥吊防摇运动控制，尤其涉及一种双船起重机的协同稳定控制方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、相比于单船系统，双船起重机系统具有更强的载荷能力、更快的吊装速度以及更广的吊装范围。然而，在海洋环境下，双船系统中的两艘船会在海浪的影响下同时进行横摇和升沉运动，这增加了控制器的设计难度。另外，由于双船系统欠驱动特性的存在，负载的摆角无法被直接控制，这也阻碍了双船控制器研究的发展。
3、作为一种高效的运输工具，船用起重机系统被广泛的应用在海上平台的吊装任务中。船用起重机会在海浪的影响下进行横摇、纵摇、艏摇、横荡、升沉和偏移六自由度运动，其中，横摇和纵摇给悬臂带来的旋转角度可以直接和悬臂自身偏转角进行叠加处理。此时船用起重机的动态方程与陆用旋转起重机相同，可以借鉴陆用起重机的特点对其进行控制器设计。近十年来，学者们对船用起重机的建模以及控制开展了大量的研究，它们大多数在建模过程中仅考虑了船的横摇与纵摇。船用起重机时时刻刻都会受到海浪扰动的影响，现有研究通常利用闭环控制器来提高控制系统的抗扰性能，它们将船体的横摇纵摇量看作系统的状态量，依此来对船的横摇纵摇运动进行补偿。然而，实际的船用起重机系统会在海浪的影响下做升沉运动，它会加剧负载的晃动程度。这一现象在双船系统中尤为明显，双船系统中的负载两端均通过绳索连接两台起重机，任意一台起重机的升沉运动都会对负载造成影响，甚至会导致事故的发生。调研发现，现有针对双船系统的控制策略较少，且它们都
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种双船起重机的协同稳定控制方法及系统，通过建立双船起重机模型，并设计相应的协同稳定控制器，实现两船悬臂的同时定位，以及负载的晃动抑制。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、本专利技术第一方面提供了一种双船起重机的协同稳定控制方法，包括以下步骤：
4、获取双船起重机系统参数，考虑船体升沉运动建立双船起重机系统动态模型；
5、构造能量函数，根据双船起重机系统总能量变化率描述能量变化；
6、利用双船起重机系统动态模型结合系统能量函数推导前馈补偿项和运动补偿项；
7、根据前馈补偿项与运动补偿项构建协同稳定控制器；
8、利用协同稳定控制器进行控制，实现双船起重机系统的定位与消摆。
9、进一步的，结合实际应用中存在的风阻与海浪扰动，利用拉格朗日建模方程构建双船起重机系统动态模型。
10、进一步的，所述双船起重机系统动态模型表示为：
11、
12、m＝[mij]∈r6×6,c＝[cij]∈r6×6,i＝1,...,6,j＝1,...,6，
13、g＝[g1 g2 g3 g4 g5]t，
14、
15、
16、u＝[τ1 τ2 0 0 0]t,d＝[d1 d2 d3 d4 d5]t，
17、其中:m(q)是质量矩阵，是向心-柯(科)氏力矩阵，g是重力向量，u是输入向量，d是风阻扰动向量，r表示实数，m和ml分别为负载和悬臂的质量，l为悬臂的长度，l悬臂末端与负载连接处间的绳长，g为重力加速度，c(*)和s(*)分别为cos(*)和sin(*)的简写，b为负载宽度的一半，φ1和φ2是起重机悬臂的起伏角，φ3和φ4是连接负载的绳索与垂直方向的夹角，φ5是负载与垂直方向的夹角，α和β为两船的横摇角度，k1和k2为两船的升沉位移，τ1和τ2分别是驱动悬臂旋转和起伏的力矩，d1、d2、d3、d4和d5每一个项都代表所对应的状态量受到的扰动和风阻。
18、更进一步的，所述能量函数变化率表示为：
19、
20、
21、其中：η＝[η1 η2 η3 η4 η5]为新的状态变量，ε1、ε2、ε3和θ1、θ2、θ3均为由双船系统结构相关参数，λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32和λ33均为系统相关参数。
22、更进一步的，所述前馈补偿项与运动补偿项表达式分别为：
23、
24、
25、
26、
27、其中：a1和a2为由能量函数一阶导推得的前馈补偿项，b1和b2为运动补偿项，sgn()为标准的符号函数，ρa1为第一条船垂直加速度的上界，ρa2为船2垂直加速度的上界，ν11,ν12,ν21,ν22分别代表四组系统参数的绝对值。
28、进一步的，所述推导前馈补偿项和运动补偿项的具体步骤包括：
29、结合双船起重机系统动态模型，分析双船起重机系统的动能和势能以及双船起重机系统总能量变化率，推导前馈补偿项，并基于符号函数构造运动补偿项。
30、更进一步的，所述协同稳定控制器表达式为：
31、
32、
33、其中：kp1和kp2误差相关控制系数，kd1和kd2为误差微分相关控制系数，e1＝η1-η1d,e2＝η2-η2d，e1和e2是定位误差项，η1d，η2d为两个悬臂偏转角的目标位置与横摇角度的组合项，和分别代表定位误差项的速度。。
34、本专利技术第二方面提供了一种双船起重机的协同稳定控制系统，包括：
35、模型构建模块，被配置为获取双船起重机系统参数，考虑船体升沉运动建立双船起重机系统动态模型；
36、能量分析模块，被配置为构造能量函数，根据双船起重机系统总能量变化率描述能量变化；
37、补偿推导模块，被配置为利用双船起重机系统动态模型结合系统能量函数推导前馈补偿项和运动补偿项；
38、控制器设计模块，被配置为根据前馈补偿项与运动补偿项构建协同稳定控制器；
39、协同控制模块，被配置为利用协同稳定控制器进行控制，实现双船起重机系统的定位与消摆。
40、本专利技术第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的双船起重机的协同稳定控制方法中的步骤。
41、本专利技术第四方面提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的基于双船起重机的协同稳定控制方法中的步骤。
42、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
43、本专利技术公开了一种双船起重机的协同稳定控制方法及系统，建立了一种同时考虑双船横摇与升沉运动的双船起重机模型，并针对此模型设计了一种协同稳定控制方法。首先利用拉格朗日建模方法，建立了双船起重机模型，基于该模型构造了包含势能以及动能的李雅普诺夫能量函数。随后基于能量函数的一阶导，推导出了由船升沉运动所产生的船-船交互作用力，并基于该作用力设计了协同稳定控制器。所设计的控制器可以协同两船的悬臂同时定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，结合实际应用中存在的风阻与海浪扰动，利用拉格朗日建模方程构建双船起重机系统动态模型。
3.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述双船起重机系统动态模型表示为：
4.如权利要求3所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述能量函数变化率表示为：
5.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述前馈补偿项与运动补偿项表达式分别为：
6.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述推导前馈补偿项和运动补偿项的具体步骤包括：
7.如权利要求3所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述协同稳定控制器表达式为：
8.一种双船起重机的协同稳定控制系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一
10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的双船起重机的协同稳定控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，结合实际应用中存在的风阻与海浪扰动，利用拉格朗日建模方程构建双船起重机系统动态模型。
3.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述双船起重机系统动态模型表示为：
4.如权利要求3所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述能量函数变化率表示为：
5.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其特征在于，所述前馈补偿项与运动补偿项表达式分别为：
6.如权利要求1所述的双船起重机的协同稳定控制方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：马昕，杨领，姜文鑫，王历昂，满相楠，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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