1.欠驱动桥式起重机的有限时间跟踪控制方法,其特征在于过程为:在桥式起重机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,然后由桥式起重机的有限时间跟踪控制器计算出所需控制的台车位移以及负载摆动的信号大小,进而通过桥式起重机电机控制台车移动到目标位置,从而间接控制负载摆动;
所述有限时间跟踪控制器的建立方法包括:S1、建立桥式起重机的系统模型的台车动力学方程;
S2、建立桥式起重机台车的光滑的加速度运动轨迹;
S3、有限时间轨迹跟踪控制方法的控制目标为保证桥式起重机的台车位置、速度和加速度在有限时间内收敛至目标位置、速度和加速度,同时快速消除负载摆角、角速度和角加速度;
S4、确定台车的加速度运动轨迹的实际参数;
S5、基于有限时间收敛滑模面建立有限时间跟踪控制器,在有限时间内对步骤S2建立的光滑的加速度运动轨迹实现精确跟踪;
步骤S5中所述有限时间收敛滑模面为:其中,0<σ2<1, sgn(·)是符号函数,·可表示任意函数:由式(5)可以得出:
对滑模面s进行求导,并将式(24)代入:选择允许误差向量到达滑模面的台车的驱动力F应满足趋近条件:为了满足条件(26),如下:
其中, 是正的控制增益;
将式(25)和(27)联立得:根据式(28)获得所述有限时间跟踪控制器:
2.根据权利要求1所述的欠驱动桥式起重机的有限时间跟踪控制方法,其特征在于:步骤S1中所述台车动力学方程为:其中,M为台车质量,m为负载质量,l为吊绳的长度,x为台车的位移,为台车的速度,为台车的加速度,θ为负载摆动的角度, 为负载摆动的角速度, 为负载摆动的角加速度,F为作用于台车的驱动力,g为重力加速度;
对式(2)两边同时除以ml,得到方程:进而得到:
并将上述式(4)代入式(1),得方程如下:其中,m(θ)和 均为辅助函数,具体表达如下:2
m(θ)=M+msinθ (6)
3.根据权利要求2所述的欠驱动桥式起重机的有限时间跟踪控制方法,其特征在于:步骤S2中桥式起重机台车的所述光滑的加速度运动轨迹为:其中,τ∈(0,T1/4)、t1=τ、t2=τ+ta、t3=2τ+ta、t4=2τ+ta+tc、t5=3τ+ta+tc、t6=3τ+2ta+tc、t7=4τ+2ta+tc,amax为实际运送过程中所采用的最大加速度,τ、ta、tc分别表示变加速(变减速)、匀加速(匀减速)、匀速时间常数,T1为负载在恒定加速度下的振动周期;
理想加速度轨迹应满足以下性能指标:其中 是目标位置,T是台车到达时间, 分别是台车所能达到的最大速度和最大加速度, 是系统所能允许的最大负载摆角。
4.根据权利要求3所述的欠驱动桥式起重机的有限时间跟踪控制方法,其特征在于:步骤S3中所述控制目标具体为:其中,
xr, 分别为预设位置运动轨迹、速度运动轨迹、加速度运动轨迹;
为实现控制目标式(9),定义台车的跟踪误差如下:其中 分别为台车跟踪误差关于时间的一阶导数、二阶导数;
有限时间轨迹跟踪控制方法的控制目标写为:
5.根据权利要求4所述的欠驱动桥式起重机的有限时间跟踪控制方法,其特征在于:步骤S4中所述实际参数具体为:当t=τ,可得台车匀加速时,θr(t), 的初始值为:θr(t), 分别为:台车匀加速时的负载摆角及角速度,ωn为系统的自然频率;
台车匀加速所用时间:
其中:
其中
台车匀速所用时间:
台车最大速度:
其中
台车最大加速度: