[发明专利]一种动基座桥式起重机复合型滑模自抗扰防摆的控制方法

说明书

本发明属于动基座桥式起重机控制技术领域，具体地涉及一种动基座桥式起重机复合型滑模自抗扰防摆的控制方法。包括：步骤1：基于拉格朗日方程，建立动基座桥式起重机系统的动力学模型；步骤2：在步骤1建立的动力学模型基础上，采用基于sigmoid函数的S型曲线作为小车理想跟踪轨，构建复合型滑模自抗扰控制律；步骤3：基于Lyapunov能量法，对步骤2构建的复合型滑模自抗扰控制律的稳定性进行证明。构造了包含小车位移及负载摆角信息的虚拟复合被控量，构建了新的被控系统结构，并利用LESO对总扰动进行观测，设计出复合型滑模自抗扰控制器，实现了起重机系统的镇定控制，可以在不影响消摆速度的基础上，实现稳定快速控制，并能有效处理控制量过大的问题。

技术领域

本发明属于动基座桥式起重机控制技术领域，具体地涉及一种动基座桥式起重机复合型滑模自抗扰防摆的控制方法。

背景技术

船用起重机在吊运作业时易受风浪影响，属于一类动基座激励作用下的起重设备。其中，动基座桥式起重机主要用于大型集装箱运输船与船浮式平台之间的集装箱海上过驳。考虑钢丝绳柔性牵引驱动方式，引起的吊物摆动会直接影响起重机使用安全和工作效率。动基座桥式起重机吊物系统的强耦合性、非线性和不确定性，大大增加了系统的复杂程度，其防摆控制研究是一项重要而具有挑战性的工作，是目前船用起重机研究的热难点问题。

常规滑模自抗扰控制器未充分考虑系统摆角和位移之间的耦合关系，使得需要构造两个扩张状态观测器(Linear Extended State Observer，LESO)，造成控制结构的冗余，且难以通过调节观测器参数达到最优状态。

发明内容

本本发明针对现有技术存在的问题，本方法构造了包含小车位移及负载摆角信息的虚拟复合被控量，将欠驱动起重机系统转换为非欠驱动形式，设计出复合滑模自抗扰控制器。同时考虑了执行器饱和约束问题，设计了一种考虑执行器输入饱和的控制方法，实现稳定快速控制，并能够有效处理面对较大干扰及部分控制场景时，过大的控制量难以实现的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种动基座桥式起重机复合型滑模自抗扰防摆的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：基于拉格朗日方程，建立动基座桥式起重机系统的动力学模型；

步骤2：在步骤1建立的动力学模型基础上，采用基于sigmoid函数的S型曲线作为动基座桥式起重机小车理想跟踪轨，构建复合型滑模自抗扰控制律，实现对动基座桥式起重机复合型滑模自抗扰防摆的控制；

步骤3：基于Lyapunov能量法，对步骤2构建的复合型滑模自抗扰控制律的稳定性进行证明。

优选地，所述步骤1的具体步骤包括：

步骤1.1：选用拉格朗日的第二形式建立动基座桥式起重机系统的动力学模型；

其中，T、U分别表示动基座桥式起重机系统的动能和势能，Q_k为系统的广义力，q_k表示系统的广义状态量；

步骤1.2：引入三个坐标系，其中以静止时起重机基座的质心作为原点，以水平方向作为X₀轴正向，以垂直地面方向为Y₀轴正向，建立O₀X₀Y₀平面参考坐标系，O_sX_sY_s为固定在基座质心位置的随基座移动的坐标系，O_tX_tY_t为随小车移动坐标系；