[发明专利]基于一阶动态滑模变结构的桥吊防摆方法

说明书

本发明公开了一种基于一阶动态滑模变结构的桥吊防摆方法，通过分别构建二维桥式吊车系统模型和吊车系统控制模型，将含有摆角动态变化和绳长动态变化的两个滑模面通过微分处理分别得到吊车位置动态滑模面s₁和绳长动态滑模面s₂，并且把二维桥式吊车系统模型中的位移x、长度l和摆角θ与吊车系统控制模型中的吊车位置动态滑模面s₁及绳长动态滑模面s₂进行结合，得到水平牵引力f₁、沿绳牵引力f₂和位移x、长度l、摆角θ之间的关系式，由于位移x、长度l、摆角θ与水平牵引力f₁、沿绳牵引力f₂的一阶导数有关，因此得到在时间上连续的动态滑模控制律，从而实现了对桥式吊车系统的防摆定位控制，并能有效的削弱滑模变结构控制的抖振现象。

技术领域

本发明涉及桥式起重机技术领域，尤其是一种基于一阶动态滑模变结构的桥吊防摆方法。

背景技术

桥式起重机系统本质上是一类复杂的欠驱动非线性控制系统，在现代化工业生产中发挥着不可替代的作用，鉴于其较高的理论价值和实用价值，国内外学者从未中断过桥式起重机摇定位控制问题的研究。

目前不少学者尝试将自适应控制、模糊控制以及神经网络与滑模控制结合起来进行优势互补，但所设计出的控制器较复杂、存在抖振、而且大都没有考虑变绳长。而针对变绳长的情况下，也有学者采用过分层滑模、时变滑模控制方法实现对变绳长情况下的桥式吊车防摇定位控制，但其控制率设计步骤比较繁琐且没有考虑到滑模控制所特有的抖振现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于一阶动态滑模变结构的桥吊防摆方法，能够实现系统的防摆定位控制，并能有效的削弱滑模变结构控制的抖振现象。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

基于一阶动态滑模变结构的桥吊防摆方法，包括以下步骤：

S10、实时监测桥式吊车系统的参数，建立二维桥式吊车系统模型，二维桥式吊车系统模型包括重物和用于吊起重物的桥式吊车，重物与桥式吊车之间通过绳索连接；

S20、根据二维桥式吊车系统模型分别求得桥式吊车及重物的位置坐标为：

其中，x_M和y_M分别为桥式吊车的X轴坐标和Y轴坐标，x_m和y_m分别为重物的X轴坐标和Y轴坐标，θ为重物进行摆动时的摆角，l为绳索的长度，x为重物进行摆动时处于水平方向上的位移，位移x、长度l和摆角θ即为需要实时监测的桥式吊车系统的参数；

S30、根据二维桥式吊车系统模型，分别得到位移x、长度l、摆角θ的二阶导数公式为：

其中，M为桥式吊车的质量，f₁为桥式吊车受到的水平牵引力，D为阻力系数，f₂为重物受到的沿绳牵引力，m为重物的质量；

S40、构建与二维桥式吊车系统模型对应的吊车系统控制模型，吊车系统控制模型之中包括含有摆角动态变化的吊车位置动态滑模面s₁和含有绳长动态变化的绳长动态滑模面s₂，吊车位置动态滑模面s₁和绳长动态滑模面s₂由以下公式进行构建：

其中，x_d为桥式吊车的位移参考值，为一常数；l_d为绳索的绳长参考值，为一常数；a、b、c、d、a₁和b₁均为大于0的常数；