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专利号: 2020112168193
申请人: 中南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于负载摆动状态观测的双摆型吊车滑模控制方法,其特征在于,该方法包括:步骤A、对双摆型吊车动力学模型进行变换,得出吊钩摆动和负载摆动之间的动力学耦合关系:在实际作业过程中,考虑到吊钩和负载摆角较小,对双摆型吊车动力学模型在平衡位置进行线性化处理,得出线性化的双摆型吊车动力学模型:其中,M、m1、m2分别为台车、吊钩、负载质量,β为吊钩的垂向摆角,由角度传感器测得,为负载的垂向摆角,实际中难测,l1为吊绳长度,l2为吊钩与负载重心之间的距离,g为重力加速度,F为台车的驱动力;

对式(1)所示的双摆型吊车动力学模型进行处理,得到吊钩摆动和负载摆动间的动力学耦合关系:步骤B、根据吊钩摆动和负载摆动间的动力学耦合关系,设计扩张状态观测器,准确观测负载的摆动状态:令β=θ1,对式(2)进行扩张后,可得:式中,

将式(3)化为如下矩阵:

其中, 在矩阵A

中,

根据式(4)设计线性扩张状态观测器(LESO):其中,z=[z1 z2 z3]T是向量θ的状态估计量, 是y的状态估计量,L是观测增益向量,L

2 3 T

=[3ω0 3ω0 ω0],ω0为LESO的带宽;

步骤C、根据台车状态、吊钩摆动状态的实测值及负载摆动状态的估计值,设计双摆型吊车滑模控制器;

对式(1)进行变换,可得:

定义滑模面为:

其中,c1、c2、c3、c4、c5为待整定系数;

对滑模面s求导可得:

将式(6)代入式(7)可得:

令 则可求得驱动力为:

在式(11)中加入以滑模面s为基础的切换函数ξsgn(s)(其中ξ为正数),并将切换函数ξsgn(s)用ξtanh(s)替换,以减少滑模控制的抖振现象,从而得到双摆吊车的滑模控制器:步骤D、根据具体双摆型吊车的系统参数利用控制器(12)对双摆型吊车进行消摆定位仿真,通过仿真结果进行控制参数整定,得到优选的控制参数c1、c2、c3、c4、c5,然后输入到控制器(12)中,形成某具体型号的双摆型吊车滑模控制器,实现其消摆定位控制。