[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

说明书

本发明公开了一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法。该方法针对轨道式斗轮取料机切换取料点位置任务中，对斗轮取料机的取料斗轮位置精度和响应速度的控制问题，设计线性扩张状态观测器以估计高粉尘多渣土带来的不确定摩擦、以及取料机所带物料质量不同导致的参数不确定性等干扰。所获得的总干扰估计值在主控制回路中补偿后，由PID控制器输出的控制量决定轨道式斗轮取料机的步进、俯仰和回转速度。通过设计观测器和合理选取反馈控制器增益，该方法在控制精度和响应速度方面取得良好的控制效果，同时有效提升了系统的抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，属于斗轮取料机位置控制技术领域。

背景技术

料场作为大型储存转运基地，一般存在于港口、钢厂、矿场等场所，用于存放煤矿石、金属矿石等工业原料。工业物料一般以长条型料堆的形式堆放在料场中，轨道式斗轮取料机工作时，轨道式取料机需要沿平行于料条的轨道前进，并同时回转、旋转吊臂使得吊臂末端的斗轮到达给定取料点。取料开始后，斗轮所取出的物料会沿吊臂上的皮带运输到轨道边的固定皮带上，抵达下游生产线。

由于同一料条会被分为不同的料段，用以存放不同产地、不同批次、不同成分的物料。当轨道式斗轮取料机需要调整斗轮到新的取料点时，由于轨道式斗轮取料机运动学方程中存在非线性项；且前一次取料工作未运送到下游皮带上的物料会累积在料机皮带上，导致料机模型参数发生变化；此外由于料机的工作环境高粉尘、多砂土，料机运动期间易受到不确定性摩擦的干扰；故传统的PID控制无法有效克服非线性环节，很难达到所需的位置精度和响应速度。

为了解决该问题，本发明设计线性扩张状态观测器以获得系统内外的总干扰估计值，并在主控制回路中补偿后，由PID控制器输出的控制量决定轨道式斗轮取料机的步进、俯仰和回转速度。通过选取合适的观测器和反馈控制器增益，该方法在控制精度和响应速度方面取得良好的控制效果，同时有效提升了系统的抗干扰性能。

发明内容

为了克服所带物料质量导致的参数不确定性、存在的不确定摩擦等未建模动态和非线性因素带来的干扰，本发明提出一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法。在给定斗轮取料机取料位置点三维坐标后，该方法在控制精度和响应速度方面取得良好的控制效果，同时有效提升了系统的抗干扰性能。

为了达到以上目的，本发明采用以下的技术方案：

一种轨道式斗轮取料机位置切换抗干扰控制方法，包括以下步骤：

步骤1：计算出目标点三维直角坐标(x，y，z)对应到斗轮取料机三自由度上的位置量θ₀＝(d_{1_0}；θ_{2_0}；θ_{3_0})：

步骤2：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，差值作为PID控制器的输入信号；

步骤3：根据取料机动力学模型：其中d为外部干扰，M(θ)为质量矩阵，为科罗拉多力矩阵，G(θ)为重力向量，为总干扰；