基于轨迹在线规划的桥式吊车高效消摆控制方法

摘要

基于轨迹在线规划的桥式吊车高效消摆控制方法。该方法包括：构造一个摆角消除环节，可有效地抑制负载的大幅度摆动，并快速地消除台车到达目标位置之后负载的残余摆角；将摆角消除环节与定位参考轨迹以线性方式组合在一起，生成最终轨迹，可保证台车的精确定位，同时能够有效地消除负载的摆角与残余摆角。相比已有的吊车轨迹规划技术，该方法可在线地生成消摆轨迹，其简单易行、在线运算量小、台车运送效率高、消摆速度快，非常适用于吊车系统的实时控制。

主权项

1.一种基于轨迹在线规划的桥式吊车高效消摆控制方法，其特征在于该方法包括：第1、轨迹规划方案提出一种全新的桥式吊车在线轨迹规划方案；要规划的加速度轨迹具有如下表达式：${\stackrel{··}{x}}_c\left(t\right)={\stackrel{··}{x}}_r\left(t\right)+\rho (\theta ,\stackrel{·}{\theta })---\left(4\right)$式中，t表示时间，变量后面(t)表示该变量为关于时间的变量，第一部分为定位参考加速度轨迹，用来保证台车的精确定位；第二部分则表示摆角消除环节，是关于负载摆角θ(t)及其角速度的函数，用以抑制与消除负载的摆动，其中负载摆角θ(t)简记为θ，角速度简记为具体步骤包括：第1.1、摆角消除环节设计；通过充分地分析台车与负载之间的动态耦合关系，为台车运动设计一种新型的摆角消除环节它具有如下结构：$\rho (\theta ,\stackrel{·}{\theta })={\stackrel{··}{x}}_e\left(t\right)=\kappa \stackrel{·}{\theta }\left(t\right)---\left(6\right)$其中，为摆角消除环节，同为方便描述及统一表达而引进，κ≥1为正的消摆增益；第1.2、定位参考加速度轨迹的选取；主要考虑台车的运行效率、轨迹的光滑性，在此应用常规的S形轨迹；第2、轨迹在线生成在确定参考加速度轨迹摆角消除环节的具体表达式后，借助实时仿真或实验软件在线求解如下微分方程，得到θ(t)与$l\stackrel{··}{\theta }\left(t\right)+\cos \theta \left(t\right)·\rho (\theta ,\stackrel{·}{\theta })+g\sin \theta \left(t\right)=-{\cos \theta \left(t\right)·\stackrel{··}{x}}_r\left(t\right)---\left(5\right)$式中，l为吊绳长度，为摆角加速度，g表示重力加速度；将在线计算得到的负载摆角θ(t)及摆角速度代入式的表达式(6)，再由式(4)获得规划加速度轨迹进而通过在线积分运算得到速度轨迹及位移轨迹x_c(t)如下：${\stackrel{·}{x}}_c\left(t\right)={\stackrel{·}{x}}_r\left(t\right)+{\stackrel{·}{x}}_e\left(t\right)={\stackrel{·}{x}}_r\left(t\right)+\mathrm{\kappa \theta }\left(t\right)---\left(21\right)$$x_c\left(t\right)=x_r\left(t\right)+x_e\left(t\right)=x_r\left(t\right)+\kappa {\int }_0^t\mathrm{\theta d\tau }---\left(22\right)$式中，为关于时间的积分，x_r(t)为关于时间的积分，为关于时间的积分，x_c(t)为关于时间的积分，为关于时间的积分，x_e(t)为关于时间的积分；第3、控制方法实现借助传感器实时反馈的台车位移信号x(t)与速度信号实时计算x(t)、与轨迹x_c(t)、之间的偏差，利用常规的PD控制器产生相应的驱动电机控制指令，实现吊车系统的高效消摆控制。