[发明专利]一种基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆控制方法

说明书

本发明提供一种基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆方法，传统在线轨迹规划构造的李雅普诺夫函数仅有摆角控制量，无位移反馈，设计的控制器耦合较少的消摆信息；本发明所提控制算法，在调节参数数量不变的情况下，增加了位移的反馈，耦合更多的摆角影响因素。无需离线迭代优化，提升桥式起重机的运输性能，实现在线的快速定位消摆，具有在线调节参数的便利性和响应的快速性，具体来说，本申请以平滑的定位轨迹为基础，利用台车运动与负载摆动间的动态耦合关系，引入不影响定位的消摆环节，构建定位消摆轨迹，无须离线迭代优化，实现桥式起重机在线规划轨迹，兼顾台车的准确定位与负载消摆的要求，降低参数整定频率与难度，提高响应速度。

技术领域

本发明属于桥式起重机控制技术领域，具体涉及一种基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆控制方法。

背景技术

桥式起重机作为运输机械，服务于港口吊运、仓库调度以及制造装配等国民经济建设的诸多领域，并发挥着极其重要的作用。桥式起重机运输过程中，由于台车牵引吊绳引起负载惯性摆动以及外界不确定扰动的影响，直接导致桥式起重机的运输效率降低，并伴随着安全隐患，极大地影响安全生产作业。因此，桥式起重机的性能必须不断的提升与优化，以满足高速、安全、稳定的生产建设需求。

现阶段桥式起重机操作主要依赖人工实践经验，即工作人员通过日常操作经验积累，对设备的性能状况以及运行环境逐渐的熟悉了解，不断试错与修正，最终实现货物定点投送时的定位防摆控制。此方法需要工人长期地摸索与实践，若发生设备更换或者人员调动，则会极大影响生产效益。而且生产环境的复杂性有时是人为无法预知和及时应对的，特别是在恶略天气和危险环境中工作，如港口、铸造车间、核反应堆等人们无法靠近的场所，需要同时满足人身安全和运送精度，对操作人员的要求更加苛刻，提高了桥式起重机的使用难度。为代替人工控制方法，基于传统能量的定位防摆策略被广泛研究，但其控制效果不够理想；因此，需要高精度的定位防摆策略，避免人工直接参与发生危险，降低人的依赖度与劳动强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆方法，实现桥式起重机负载吊运时高效的定位防摆控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆控制方法，包括以下步骤：该消摆控制方法以平滑的定位轨迹为基础，利用台车运动与负载摆动间的动态耦合关系，引入不影响定位的消摆环节，构建定位消摆轨迹，实现桥式起重机在线规划轨迹，兼顾台车的准确定位与负载消摆的要求，降低参数整定频率与难度，提高响应速度。

进一步的，该消摆控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、建立简化的桥式起重机模型：桥式起重机在运输负载的过程中，为保证运输安全性，吊绳长度一般不变，在广义坐标下，利用拉格朗日动力学方程，建立定绳长二维桥式起重机数学模型：

式(1)和式(2)中：F(t)表示作用到台车上的合力，x(t)表示台车水平方向位移，表示台车运行加速度，θ(t)表示负载摆角，负载摆角θ(t)∈(-π/2，π/2)，与分别表示负载摆动的角速度与角加速度，g是重力加速度；

对式(2)化简可得：

式(3)适用于二维平面内桥式起重机的正常安全吊运情行，是进行轨迹规划的基础；

步骤二、在线轨迹控制设计：规划的轨迹包括两部分，1)确定定点吊运平滑轨迹，得到平滑精准的位移曲线使台车执行运动；2)设计消摆耦合函数，抑制运动惯性带来的摆动且保证位移准确性，将两者按照一定权重函数融合起来，规划具有定位消摆双重功能的台车加速度运动轨迹：

式中：表示最终规划轨迹，表示定位轨迹，表示消摆环节；