橋式吊車系統(tǒng)的部分反饋線性化控制研究.pdf

1、近年來，橋式吊車作為一種貨物運(yùn)輸工具，其被廣泛的應(yīng)用于車間、倉庫和造船廠等諸多工業(yè)場所。此外，橋式吊車作為一種典型的非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其控制量的個(gè)數(shù)少于系統(tǒng)自由度，給其控制器設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)性。因此，橋式吊車的欠驅(qū)動(dòng)特性使得其控制問題不僅具有重要的應(yīng)用價(jià)值，而且具有一定的理論意義。為此，橋式吊車的控制問題受到了眾多控制領(lǐng)域研究學(xué)者的關(guān)注，已經(jīng)成為了控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　橋式吊車系統(tǒng)的基本任務(wù)是將貨物從初始點(diǎn)運(yùn)送至目標(biāo)位

2、置，并且抑制和消除運(yùn)送過程中的貨物擺動(dòng)。隨著通信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，已有眾多學(xué)者對橋式吊車進(jìn)行了大量研究，并將一些方法應(yīng)用于橋式吊車系統(tǒng)的控制。然而，這些方法還存在著一些問題與不足。為此，本文針對橋式吊車系統(tǒng)的抗擺定位控制問題進(jìn)行了深入研究。本文研究的主要內(nèi)容概括如下：
　　1.二維橋式吊車系統(tǒng)的抗擺定位控制。為了提高閉環(huán)系統(tǒng)的抗擺控制性能，提出了一種增強(qiáng)阻尼的控制方法。首先，基于一個(gè)與負(fù)載擺動(dòng)有關(guān)的能量函數(shù)引入了一

3、個(gè)阻尼信號。隨后，構(gòu)造了一個(gè)Lyapunov函數(shù)并設(shè)計(jì)了一種相應(yīng)的非線性抗擺控制方法。利用 Lyapunov方法和 LaSalle不變性原理證明了閉環(huán)系統(tǒng)在平衡點(diǎn)的漸近穩(wěn)定性。最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果以驗(yàn)證所提方法的可行性和有效性。此外，為了證明所提方法優(yōu)越的控制性能，論文還給出了所提方法與現(xiàn)有方法的對比測試。
　　2.基于分段分析的橋式吊車控制器設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)臺(tái)車的精確定位與有效的消除負(fù)載擺動(dòng)，本文通過分段控制分析構(gòu)造了一個(gè)新的Lyap

4、unov函數(shù)，并設(shè)計(jì)了一種非線性控制器。理論分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，借助仿真與實(shí)驗(yàn)測試對本文所提方法的控制性能進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　3.三維橋式吊車系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制。為了提高吊車系統(tǒng)的靈活性，本文提出了一種增強(qiáng)抗擺的跟蹤控制器，其既可用于軌跡跟蹤控制，也可用于調(diào)節(jié)控制。論文將吊車系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為由兩個(gè)子系統(tǒng)組成的一個(gè)互聯(lián)形式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型的軌跡跟蹤控制器。理論分析證明兩個(gè)子系統(tǒng)和互聯(lián)系統(tǒng)均為輸入狀態(tài)穩(wěn)定的，并且閉環(huán)系

5、統(tǒng)在平衡點(diǎn)是漸近穩(wěn)定的。最后，論文對該方法的軌跡跟蹤控制和調(diào)節(jié)控制效果進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測試。
　　4.三維橋式吊車系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制。為提高吊車系統(tǒng)的運(yùn)送效率和保證系統(tǒng)的安全性，本文基于能量整形的方法，設(shè)計(jì)了一種性能良好的調(diào)節(jié)控制器。首先，通過求解偏微分方程，得到了一個(gè)合適的能量函數(shù)，進(jìn)而提出了一種調(diào)節(jié)控制器。隨后，借助 Lyapunov方法和 LaSalle不變性原理分析了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，為證明該控制策略的實(shí)際控制性能，論文