四自由度的欠驅(qū)動(dòng)橋式起重機(jī)非線性防擺控制.pdf

1、橋式起重機(jī)在運(yùn)行的過程中，由于慣性會(huì)引起被吊物的擺動(dòng)，使其難以精確定位，降低了工作效率，且影響橋式起重機(jī)的使用壽命。當(dāng)大、小車同時(shí)運(yùn)行時(shí)，橋式起重機(jī)和吊重將在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，具有大、小車的位移和吊重在大、小車運(yùn)行方向的擺角四個(gè)自由度。本文建立了大、小車同時(shí)運(yùn)行時(shí)的四自由度橋式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，直接運(yùn)用基于滑?？刂频姆蔷€性控制理論來研究吊重的擺動(dòng)控制。課題研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)從橋式起重機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用第二類拉格朗日

2、方程和虛位移原理建立了大、小車同時(shí)運(yùn)行時(shí)的橋式起重機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)模型，該模型中包含大、小車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將車輪受到的摩擦力視為滾動(dòng)摩擦力。同時(shí)給出了不考慮橋架橫移時(shí)，橋架兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的防偏分配律。
　　(2)針對(duì)橋式起重機(jī)的吊重防擺控制問題提出了一種分層滑模軌跡跟蹤防擺控制算法，設(shè)計(jì)分層滑?？刂破魇瓜到y(tǒng)狀態(tài)跟蹤選定的目標(biāo)軌跡，對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)用Lyapunov理論和Barbalat引理進(jìn)行了證明。在Simulink中利用二

3、級(jí)M碼S函數(shù)建立了系統(tǒng)的仿真模型，其中橋式起重機(jī)的仿真模型以QD50×22.5雙梁橋式起重機(jī)的實(shí)際參數(shù)來建立。仿真結(jié)果表明，大、小車可以快速準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)位置，且將吊重?cái)[角限制在很小的范圍內(nèi)，同時(shí)驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)踔刭|(zhì)量、小車質(zhì)量、吊繩長度、初始擺角發(fā)生變化時(shí)，所設(shè)計(jì)的分層滑?？刂破骶哂辛己玫聂敯粜?。然而，仿真結(jié)果也顯示，控制器輸出的大、小車輸入力存在高頻抖振現(xiàn)象。
　　(3)針對(duì)分層滑模控制器輸出的抖振問題，將反步法與

4、分層滑?？刂葡嘟Y(jié)合，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)變結(jié)構(gòu)防擺控制律，把不連續(xù)的切換控制函數(shù)放到大、小車輸入力的一階導(dǎo)數(shù)中，得到了連續(xù)的輸入力，高頻抖振現(xiàn)象基本消除，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性在理論上進(jìn)行了證明且得到了仿真驗(yàn)證。與分層滑?？刂破飨啾?，反步動(dòng)態(tài)分層滑?？刂破饔邢嗤目刂菩Ч?，同時(shí)有效削弱了大、小車輸入力的抖振，如果增大切換增益，可在不引起系統(tǒng)抖振的情況下，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的魯棒性。
　　(4)設(shè)計(jì)了驗(yàn)證橋式起重機(jī)防擺控制算法的實(shí)驗(yàn)方案，在橋式起重