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专利号: 2021108058091
申请人: 浙江理工大学
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:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑桥式起重机双摆效应的增强阻尼型非线性控制方法,其特征在于,包括:通过引入吊钩以及负载的摆幅信号,基于起重机负载摆幅的能量函数引入了起重机的台车运动的改进阻尼抗摆信号,构建了桥式起重机的非线性控制方法;在桥式起重机的电机尾部加装增量式编码器,由增量式编码器测出台车的位移的大小,然后由所述桥式起重机的非线性控制方法计算出所需控制的台车位移以及吊钩和负载摆动的信号大小,进而通过桥式起重机的电机控制台车移动到目标位置,从而间接控制吊钩和负载摆动;

所述桥式起重机的非线性控制方法的建立过程如下:步骤1、确立动力学模型:

其中,台车的位移表示为x,吊钩以及负载的摆动角度分别由q1,q2表示, 分别为台车的速度以及加速度,吊钩摆动的速度以及加速度分别由 表示,负载摆动的速度与加速度分别由 表示,l1为台车与吊钩之间的绳长,l2为吊钩与负载之间的距离,台车的驱动力由F表示,重力加速度为g,m1、m2、m3、m4分别为如下表达式:m1=mc+mh+mp,m2=(mh+mp)l1,m3=mpl2,m4=mpl1l2            (4)其中,mc为台车的质量,mh为吊钩的质量,mp为负载的质量;

步骤2、确立控制目标为将台车移动到指定位置并消除吊钩以及负载的摆动:控制目标为:

T

其中,pdx为台车的控制目标位置,表示矩阵的转置;

其中,t为时间;

步骤3、变换动力学方程为:

变换后的动力学方程

其中,

S1=sinq1,S2=sinq2,S12=sin(q1‑q2),C1=cosq1,C2=cosq2,C12=cos(q1‑q2)           (9)

步骤4、构建基于起重机负载摆幅的能量函数为:其中,kp,kv为正的控制增益

ex=x‑pdx                                                   (20)Ehp为吊钩与负载的总能量:步骤5、建立非线性控制方法;

基于式(10)、式(11),由部分反馈线性化控制律得:对式(19)求导,得

针对上述式(22),设计新的控制u为:其中,kd为正的控制增益

从而,桥式起重机的非线性控制方法设计如下:

2.根据权利要求1所述的一种考虑桥式起重机双摆效应的增强阻尼型非线性控制方法,其特征在于,步骤3中的所述变换动力学方程的过程如下:原始的动力学方程式(1)、式(2)和式(3)用简洁形式描述如下:其中,

T T T

q=[x q1 q2] ,G=[0 m2gS1 m3gS2] ,u=[F 0 0]对上述式(7)进行改写得所述变换后的变换动力学方程式(10)、式(11)。

3.根据权利要求2所述的一种考虑桥式起重机双摆效应的增强阻尼型非线性控制方法,其特征在于,步骤4中的所述构建基于起重机负载摆幅的能量函数的过程为:具有双摆效应的桥式起重机的总能量为:对所述吊钩与负载的总能量式(15)求一阶导数:结合式(2)、式(3),上述式(16)改写为:从而得到基于起重机负载摆幅的能量函数式(19)。