[发明专利]一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法及系统

权利要求书

1.一种塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，包括：

基于拉格朗日方法及实际塔式起重机工作状态，构建塔式起重机动态模型；

根据所述塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，并根据所述误差信号设计变绳长PD控制器；

将所述设计的变绳长PD控制器与基于系统可驱动信息构造的伪速度信号合并得到无速度测量变绳长PD控制器；

所述无速度测量变绳长PD控制器基于饱和函数有界原则，构成无速度测量的五自由度塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制器，对塔式起重机进行控制。

2.如权利要求1所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于：所述塔式起重机动态模型表示为：

其中，M为小车的质量，m为负载的质量，l为小车与负载之间的绳长，x为小车定位，α为悬臂旋转角度，θ₁和θ₂分别为投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度和投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度，J₀为旋转方向转动惯量，T_a为悬臂方向的驱动力，F_x为小车方向的驱动力，F_l为绳子方向的驱动力。

3.如权利要求2所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，所述塔式起重机动态模型的期望位置与实际反馈数据的数据差作为误差信号，包括：小车位置误差，悬臂角度误差，绳子长度误差，投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度误差以及投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度误差；

误差信号的向量形式表示为：

e₁＝q₁-q_1d,e₂＝q₂-q_2d,e₃＝q₃-q_3d,e₄＝q₄-q_4d,e₅＝q₅-q_5d

其中，q₁为悬臂角度，q_1d为悬臂角度的目标位置，q₂为小车位置，q_2d为小车的目标位置，q₃为绳子长度，q_3d为绳长的目标位置，q₄为投射到与吊臂平行的垂直平面上的角度，q_4d为投射到与吊臂平行的垂直平面上角度的目标位置，q₅为投射到垂直于悬臂的垂直平面上的角度，q_5d为投射到垂直于悬臂的垂直平面上角度的目标位置。

4.如权利要求3所述的塔式起重机振幅饱和非线性输出反馈控制方法，其特征在于，根据所述误差信号设计变绳长PD控制器，包括：将加强定位和消摆的耦合项，引入变绳长PD控制器；

加强定位和消摆的耦合项，表示为：

-k_γγ_i(γ₁β₁-γ₂β₂-γ₃β₃)

其中，k_γ＞0，γ_i＞0，k_δi＞0，(i＝1，2，3)。