[发明专利]一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法

权利要求书

1.一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将轨道式斗轮取料机等效为具有三自由度的机器臂模型，获得目标点三维直角坐标对应到三自由度上的位置量θ₀＝(d_{1_0}；θ_{2_0}；θ_{3_0})；

步骤2：根据实时测量的θ＝(d₁；θ₂；θ₃)，计算出θ坐标与θ₀坐标的差值，作为PID控制器的输入x；

步骤3：根据取料机动力学模型：以及实时测量的θ＝(d₁；θ₂；θ₃)，计算出建模后的质量系数矩阵M(θ)；

改写模型为其中d为外部干扰，为总干扰；

步骤4：设计线性扩张状态观测器：在主回路中补偿总干扰估计值获得对的控制量；

步骤5：设计PID控制器，控制器输出为其中K_p、K_d分别为比例系数和微分系数，θ₀、是斗轮机自由度上的目标位置点、目标位置的变化率，θ、分别为斗轮中心实时坐标、斗轮中心实时坐标的变化率；设定K_p＝ω_c²，K_d＝2ω_c，其中ω_c为选取的控制回路带宽；选取补偿后的斗轮取料机模型为：当总扰动的估计值收敛于系统真实总扰动时，其中u为PID控制器输出，为观测器估计总扰动,τ₀为补偿扰动后的模型。

2.根据权利要求1所述的一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，其特征在于，步骤1中，该模型的运动学方程为：

其中(x,y,z)为目标点三维直角坐标，d₁为大车平移位移量，θ₂、θ₃为两个关节的旋转角度，L₁为行走关节到回转关节的直线长度，L₂为回转机构到连接件的直线长度，L₃为连接件到俯仰机构的直线长度，L₄为俯仰机构到斗轮中心的距离。

3.根据权利要求2所述的一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，其特征在于，步骤1所述机器臂模型具有的三自由度分别为：沿轨道平动、大臂俯仰旋转运动和大臂的水平回转运动。

4.根据权利要求3所述的一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，其特征在于，步骤2中，在三个自由度上的位移d₁、回转角度θ₂和俯仰角度θ₃可由传感器测得θ＝(d₁；θ₂；θ₃)，将斗轮取料机目标取料位置坐标θ₀＝(d_{1_0}；θ_{2_0}；θ_{3_0})与采集到的斗轮中心实时坐标位置θ＝(d₁；θ₂；θ₃)作比较、目标取料位置坐标变化率与斗轮中心实时坐标变化率作比较，差值作为PID控制器的输入信号。

5.根据权利要求4所述的一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，其特征在于，步骤4中，

将传感器测得位移信号、角度信号以及由此得出的速度信号、角速度信号用于扩张状态观测器采用线性扩张状态观测器：计算干扰估计值时，代表观测出的三个误差分量与真实总扰动的误差，可以得到：在条件下，误差均为有界值；其中β₁、β₂、β₃为设计的线性扩张状态观测器增益，为选取的线性扩张状态观测器状态量，为对总干扰量的观测值。

6.根据权利要求1所述的一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，其特征在于，设定扩张状态观测器的带宽为ω_o＝(3～5)ω_c，β₁＝3ω_o，β₂＝3ω_o²，β₃＝ω_o³，K_p＝ω_c²，K_d＝2ω_c，其中ω_c为选取的控制回路带宽。