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原文传递一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法

专利名称：	一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法
摘要：	本发明提供一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法，与传统能量控制桥式起重机定位消摆的耦合控制量相比，负载能量耦合控制利用负载位移误差信号，耦合摆角信息，合理增加部分模型参数反馈，实现了负载能量耦合控制调节参数少，位移变化平滑，响应速度快的控制效果；并且台车能够准确到达指定位置，大幅度提升定位性能；同时，负载的摆动能够得到有效抑制，最终实现定位消摆控制，抵抗外界干扰。为自动化起重设备的安全、快速、准确、稳定运输货物提供参考。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南科技大学
发明人：	范波;张炜炜;付主木;许惠
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910556731.7
公开号：	CN110342400A
代理机构：	洛阳公信知识产权事务所(普通合伙)
代理人：	王学鹏
分类号：	B66C13/06(2006.01);B;B66;B66C;B66C13
申请人地址：	471000 河南省洛阳市涧西区西苑路48号
主权项：	1.一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法，其特征在于：该消摆控制方法将负载的位移、摆角信息与绳长量耦合到台车位移的控制量，并构建基于负载的能量函数，形成闭环控制系统，实现桥式起重机高效定位消摆的控制。 2.根据权利要求1所述的一种基于负载能量耦合的桥式起重机定位消摆控制方法，其特征在于，该消摆控制方法具体包括以下步骤：步骤一、建立简化的桥式起重机模型：桥式起重机在运输负载的过程中，为保证运输安全性，吊绳长度一般不变，在广义坐标下，利用拉格朗日动力学方程，建立定绳长二维桥式起重机数学模型：式(1)和式(2)中：F(t)表示作用到台车上的合力，x(t)表示台车水平方向位移，表示台车运行加速度，θ(t)表示负载摆角，负载摆角θ(t)∈(-π/2，π/2)，与分别表示负载摆动的角速度与角加速度，g是重力加速度；对式(2)化简可得：将式(1)、(2)转换，可得式中：q(t)＝[x(t)，θ(t)]T，M(q),G(q)及u分别表示惯量矩阵、向心-柯氏力矩阵、重力向量及控制向量，具体表达式如下所示： G(q)＝[0 mlgsin(θ(t))]T u＝[F(t) 0]T 负载的水平位移xm(t)＝x(t)-lsin(θ(t)) (5) 式中：xm表示负载水平位移；将式(5)关于时间t求导，可得根据实际运行情况，负载摆角θ(t)∈(-π/2，π/2)，式(4)能够直接表达系统的能量，为构造新型的能量函数提供便利；负载的水平位移包含台车位置与负载摆角的耦合信息，为控制器的设计提供条件；步骤二、负载能量耦合控制器设计：根据桥式起重机的动力学模型，该动力学模型的系统能量可以表示为：对式(7)关于时间t求导，结合式(1)、(2)、(3)可得由式(8)可知，F(t)为输入、为输出、E(t)为储能函数的桥式起重机系统是无源、耗散的；但中不包含与负载摆动直接相关的信息，即此时的储能函数的变化率仅与台车加速度有关，无法反映负载的运行状态；为增强台车与负载间的耦合关系，提高暂态性能，构造储能函数E1(t)，结合式(6)、(8)可得由式(9)可知，F(t)为输入、为输出、E1(t)为储能函数的桥式起重机系统是无源、耗散的；对式(9)关于时间t求积分，可得结合式(1)，将式(10)中第二项整理，可得结合式(3)，将式(11)中的第一项整理，可得将式(11)中的后两项整理，可得则式中：H(q)与M(q)具有相同形式，即为对称矩阵且正定，具体表达式如下所示步骤三、桥式起重机控制器设计：桥式起重机的控制的目标是在时间t1内台车到达指定位置，负载消除摆动，即那么，负载的位移误差ε(t)为 ε(t)＝xm(t)-ux＝x(t)-lsin(θ(t))-ux (17) 选取李雅普诺夫候选函数对式(18)求导，可得于是，控制器可以设计为式中：k2>0。
所属类别：	发明专利