带有初始输入约束的桥式吊车能量耦合控制器及控制方法

摘要

本发明公开了一种带有初始输入约束的桥式吊车能量耦合控制器及控制方法，包括：通过构造一个广义的负载水平位移信号，增强了台车运动、吊钩摆动、负载绕吊钩摆动之间的耦合关系，提升了控制器的暂态控制性能。通过在控制率中引入一个双曲正切函数，所提控制方法大大减少了初始驱动力，从而保证台车的平滑启动，避免负载的大幅度摆动。借助Lyapunov方法与LaSalle不变性原理对闭环系统在平衡点处的稳定性进行了严格的数学分析。结果表明本发明所提控制算法具有很好的控制性能并且对不同负载质量、绳长、目标位置、外部扰动具有很强的鲁棒性。

主权项

一种带有初始输入约束的桥式吊车能量耦合控制器，其特征是，包括：通过引入广义的负载水平位移信号X_p以及广义的定位误差信号ξ_x，设计具有初始控制输入约束的能量耦合控制器为：$F_x=F_{rx}-k_p\tanh \left({\xi }_x\right)-k_d{\stackrel{·}{\xi }}_x;$其中，k_p,k_d∈R⁺为正的控制增益；F_rx为台车与桥架间的摩擦力；广义的负载水平位移信号X_p具体表达式为：X_p＝x+λ₁sinθ₁+λ₂sinθ₂；广义的定位误差信号ξ_x具体表达式为：ξ_x＝X_p‑p_d＝x‑p_d+λ₁sinθ₁+λ₂sinθ₂；＝e_x+λ₁sinθ₁+λ₂sinθ₂x∈R¹为台车位移，θ₁，θ₂∈R¹分别表示吊钩的摆角和负载绕吊钩的摆角；为广义的定位误差信号ξ_x关于时间的导数；λ₁、λ₂均为调节参数；p_d∈R⁺为台车期望的目标位置，e_x∈R¹表示台车定位误差，其表达式为：e_x＝x‑p_d；tanh(ξ_x)为引入的双曲正切函数，能够减少初始驱动力，保证台车的平滑启动。