[发明专利]基于消摆信号的桥式起重机非线性控制方法

权利要求书

1.基于消摆信号的桥式起重机非线性控制方法，包括以下步骤：

步骤1、消摆信号的选取

为了提高桥式起重机系统抑制运输过程中负载摆动的性能，利用台车与负载之间的耦合关系提出如下具有消摆功能的消摆信号x_e：

xe=∫0tθ(τ)dτ---(9)]]>

其中，θ(t)为吊绳与竖直方向的夹角；关于时间的积分；变量后的(t)表示该参数是时变的，为简明起见，公式中已略去(t)；

步骤2、新颖误差信号的确定

基于上述消摆信号，定义如下新颖的误差信号ξ(t)，及其前两阶导数信号ξ·(t),ξ··(t):]]>

ξ(t)=xd-x+kθ∫0tθ(τ)dτ---(10)]]>

ξ·(t)=x·d-x·+kθθ---(11)]]>

ξ··(t)=x··d-x··+kθθ·---(12)]]>

其中，x_d(t)表示台车的参考轨迹(x_d为常量时为调节控制；x_d为变量时为跟踪控制)，分别表示参考轨迹的速度与加速度；分别为台车的位移、速度及加速度；为负载摆动的角速度；分别为ξ(t)关于时间的一阶、二阶导数；k_θ表示正的控制增益；

对于台车的参考轨迹x_d(t)，当x_d为常量时为调节控制，即直接选取x_d＝p_d，其中p_d为台车的目标位置；当x_d(t)为变量时为跟踪控制，x_d(t)需满足如下条件：

1)x_d(t)及其前两阶导数信号需均有界，即

2)在有限的时间t_f内，x_d(t)收敛于目标位置p_d，其中起始时间为0时刻，起始位置为0；

3)当台车到达目标位置以后，即当t≥t_f时，

步骤3、控制器的确定

确定一种定位精度高、消摆效果好，而且既可用于调节控制也可用于轨迹跟踪控制的非线性耦合控制器F_x(t)如下：

其中，k_ξ,k_e为正的控制增益；分别表示如下的函数：

F_x＝F-F_r  (5)

m(θ)＝M+msin²θ  (6)

式中，F(t)表示电机所提供的驱动力；F_r(t)表示台车与桥架之间的摩擦力；M,m分别为台车与负载质量；l为吊绳长度；g为重力加速度；

步骤4、控制方法的实现

首先，将本发明应用于实际桥式起重机之前，需选择合适的摩擦力补偿环节用于补偿台车与桥架之间的摩擦力，经过大量实验，本发明选择如下轨道摩擦力补偿项以补偿台车与桥架之间的摩擦力F_r(t)：

Fr(t)=fr0tanh(x·(t)/γ)-kr|x·(t)|x·(t)---(37)]]>

其中：f_r0,k_r,γ为摩擦参数，通过离线实验事先标定获得；tanh(·)为双曲正切函数；为台车速度；

接下来借助传感器获取所需的状态信号，根据实际的起重机系统选取合适的系统参数及控制增益，根据式(15)实时计算得到相应的控制信号，即可实现对起重机系统的实时控制，完成系统的运输任务。