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专利号: 202411525022X
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1,定义塔式吊车系统误差变量:用于表征塔式吊车实际运行状态与理想状态之间的差异,以实现定位防摆控制目标;

步骤2,构建复合积分互补滑模控制器:根据步骤1中定义的塔式吊车系统误差变量,充分考虑塔吊系统的欠驱动特性,构建复合积分互补滑模控制器,该控制器抑制塔吊系统的负载摆动,保持系统的稳定性和控制精度;

步骤3,控制塔式吊车系统运行:利用步骤2中构建的复合积分互补滑模控制器,对塔吊系统的运行状态进行实时控制,所述控制器根据塔吊当前的负载、位置、速度状态信息,实现对塔吊负载的平稳、精确搬运,同时有效抑制负载的摆动。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:所述步骤1中定义4自由度塔式吊车系统的位置误差变量ei(t)=qi(t)‑qid    (6)

其中,ei(t)为位置误差变量,t为系统运行的时间,i=1,2,3,4表示四个自由度,代表4维列向量, 为塔式吊车系统悬臂的转动角度,x(t)为台车移动的位移,θ1(t)为负载相对于塔式吊车吊臂的中心线在水平面前后方向上的偏移角度,θ2(t)为负载相对于塔吊吊臂的中心线在水平面左右方向上的偏移角度;

q1d为悬臂转角运行的期望角度;q2d为悬臂转角运行的期望角度;q3d和q4d为负载相对于塔式吊车吊臂的中心线在水平面前后、左右方向上的期望偏移角度,被设定为:q3d=q4d=0。

3.根据权利要求1所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:所述步骤2中积分互补滑模面定义为:其中,λ为滑模面的正参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:步骤2中复合滑模面定义为:T T

其中S=[S1,S2],Sc=[Sc1,Sc2]为复合互补滑模面,α1和α2为可调整的参数;

设定复合积分互补滑模控制器:

T 2

其中,e′=[e1+α1e4,e2+α2e3]∈R, 为非线性控制函数,f′=T 2 ‑1 ‑1 ‑1 T 2×2

[f1+α1f4,f2+α2f3]∈R和h′=[(h1+α1h4) ,(h2+α2h3) ]∈R 为系统中已知的非线性项,sat(·)为饱和函数,K为控制器参数,Φ为边界层参数。

5.根据权利要求3所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:步骤2中选取李雅普诺夫候选函数:沿系统运动轨迹对李雅普诺夫候选函数V求导得:

选取K>D,其中D>0为未知扰动的上界,则根据李亚普诺夫方程的定义(16)以及方程(17)可知,塔式吊车系统中的所有信号都是有界的,且复合积分互补滑模面S和Sc会在一个有限时间T内收敛到0。

6.根据权利要求5所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:步骤2中复合积分互补滑模面S和Sc收敛至0后,选取李雅普诺夫候选函数TV′=XPX    (25)

则V′沿系统运动轨迹的导数可以表示为

其中,X为系统状态,A为系统状态矩阵,选择合适的参数α1和λ,使得存在唯一正定矩阵TP,满足PA+AP=‑Q,因此当||X||的初值在邻域

内时, 并且||X||会随着时间增长而衰减,直到||X||=0,即 因此,可以得出

从而,系统所有的位置误差状态是渐近稳定的。

7.根据权利要求1所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:步骤3中选取合适的复合积分互补滑模控制器参数,使得复合积分互补滑模控制器能控制塔吊负载的平稳、精确搬运,抑制负载的摆动;复合积分互补滑模控制器的参数包括:滑模面的正参数λ、可调整的参数α1和α2、控制器参数K和边界层参数Φ,所有参数之间存在耦合特性,要根据实际情况和运行效果调整。

8.根据权利要求7所述的一种基于复合积分互补滑模控制的塔式吊车系统防摆控制方法,其特征在于:λ用于调整滑模面的收敛速度,λ越大,滑模面收敛速度越快;α1和α2用于调整驱动滑模面和欠驱动滑模面在控制器中的权重,控制对负载摆动的抑制效果,α1和α2越大,对负载摆角抑制越明显,但过大会导致台车和悬臂的抖动,需要在其中权衡;K和Φ,用于抑制外部扰动对系统的影响,K应略大于系统外部扰动的上界,Φ为复合积分互补滑模面的边界层厚度,为较小的正参数,边界层越厚对扰动越不敏感,但定位精度变差,二者存在权衡。

9.一种计算机设备,其特征在于:所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1‑8任意一项所述基于复合积分互补滑模的塔式吊车系统防摆控制方法。