[发明专利]一种基于LQR的吊装系统的防摇控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于LQR的吊装系统的防摇控制方法,包括如下步骤：获取小车目标位置，根据小车最大速度v_m和最大加速度a_m，得到所述小车的规划实时轨迹；根据拉格朗日方程建立所述吊装系统的动力学模型，所述拉格朗日方程选取所述吊装系统的小车位移x、吊具摆角θ以及绳长l作为广义坐标方向；使用扩张状态观测器对集总干扰d进行观测，并在控制器中进行补偿，所述集总干扰d包括对所述吊装系统的动力学模型误差和外部干扰；通过Q矩阵和R矩阵，使用线性二次调节控制器实现对所述小车的规划实时轨迹的跟踪。本发明提供的基于LQR的吊装系统的防摇控制方法,在结合扩张状态观测器对集总干扰观测的同时，使吊装系统运行更平稳，在到位后快速消摆。

技术领域

本发明涉及吊装系统运输领域，尤其涉及一种基于LQR的吊装系统的防摇控制方法及系统。

背景技术

吊装系统例如轮胎吊、轨道吊、桥吊等因其负载能力强，灵活度高被广泛应用在工业运输领域。轮胎吊和桥吊是港口码头最常见的两种设备，分别负责船只与内集卡、堆场与内集卡以及堆场与外集卡之间的集装箱运输。目前港口码头的吊装系统操作多为人工，随着对吞吐量的要求提高，人工操作方式逐渐不能满足需求。

吊装系统的操作过程主要分为上升、下降、移动三个阶段，在实际操作中，影响效率的关键环节在于移动阶段，移动会导致吊装系统的吊具发生晃动，从而导致吊具下放时无法快速准确抓取到集装箱。因此对移动阶段的小车或大车进行防摇控制显得格外重要。

吊装系统是一种典型的欠驱动系统，欠驱动系统是一种独立控制输入变量自由度小于系统自由度的系统。欠驱动系统的执行器较少，虽然有着成本低的优势，但是欠驱动系统给系统控制带来了困难。对于吊装系统的移动而言，目标在于能够快速准确地到达指定位置并且在移动过程中摆角尽可能小，但是吊装系统无法直接作用于摆角，而仅仅能够控制其位置或速度。

因此有必要提供一种防摇控制方法，可以控制吊装系统在移动阶段发生的晃动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于LQR的吊装系统的防摇控制方法及系统，通过使用扩张状态观测器和线性二次调节控制器，可以控制吊装系统在移动阶段发生的晃动，并在到位后尽快消除摆动。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于LQR的吊装系统的防摇控制方法，包括如下步骤：

获取小车目标位置，根据小车最大速度v_m和最大加速度a_m，得到所述小车的规划实时轨迹；

根据拉格朗日方程建立所述吊装系统的动力学模型，所述拉格朗日方程选取所述吊装系统的小车位移x、吊具摆角θ以及绳长l作为广义坐标方向；

使用扩张状态观测器对集总干扰d进行观测，并在控制器中进行补偿，所述集总干扰d包括对所述吊装系统的动力学模型误差和外部干扰；

通过Q矩阵和R矩阵，使用线性二次调节控制器实现对所述小车的规划实时轨迹的跟踪。

优选地，所述根据小车最大速度v_m和最大加速度a_m，得到所述小车的规划实时轨迹具体包括以下公式：

其中，为小车运行时间， 小车匀速时间，为小车轨迹规划的实时速度，将所述积分得到所述小车的规划实时轨迹，匀速运行时间根据所述小车目标位置轨迹确定。

优选地，根据所述拉格朗日方程建立系统非线性方程如下：

其中，M为小车的质量，m为吊具的质量，l为绳长，θ为吊具摆角，μ为摩擦系数，x为小车位移，F为电机作用力，F₁为小车与吊具之间的拉力，g为重力加速度。