一种离线的桥式吊车轨迹控制方法技术

一种离线的桥式吊车轨迹控制方法，具有约束的欠驱动桥式吊车加速度轨迹控制方法，包括如下步骤：步骤1、轨迹规划方案，采用光滑的加速度运动轨迹；步骤2、确定轨迹参数，对于任意运送过程，通过求解吊车系统的运动学方程，分析台车加速度与负载摆动之间的耦合关系，计算出实际最大加速度amax、匀加速ta时间和匀速时间tc即可得到一种理想的加速度轨迹满足如下一些核心的性能指标；步骤3、控制方法的实现，借助传感器实时得到的台车位移信号x(t)及速度信号实时计算x(t)、与加速度信号的连续积分信号xv(t)、之间的偏差，使用传统的PD控制器产生相应的驱动电机的控制命令，实现对吊车的控制，完成运输任务。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，具有约束的欠驱动桥式吊车加速度轨迹控制方法，包括如下步骤：步骤1、轨迹规划方案，采用光滑的加速度运动轨迹；步骤2、确定轨迹参数，对于任意运送过程，通过求解吊车系统的运动学方程，分析台车加速度与负载摆动之间的耦合关系，计算出实际最大加速度amax、匀加速ta时间和匀速时间tc即可得到一种理想的加速度轨迹满足如下一些核心的性能指标；步骤3、控制方法的实现，借助传感器实时得到的台车位移信号x(t)及速度信号实时计算x(t)、与加速度信号的连续积分信号xv(t)、之间的偏差，使用传统的PD控制器产生相应的驱动电机的控制命令，实现对吊车的控制，完成运输任务。【专利说明】
本专利技术涉及一种用于欠驱动桥式吊车控制领域的轨迹控制方法，具体是一种桥式吊车加速度运动轨迹的控制方法。
技术介绍
桥式吊车是一种典型的欠驱动非线性系统，被广泛地应用于港口、车间、建筑工地、仓库等场所用于货物的运输。在工作过程中，台车能够沿桥架上的轨道进行运动，将货物从起始位置安全快速地运送到目标位置。但是由于系统的欠驱动特性，台车的运动会引起负载的摆动，存在安全隐患，使其可能与周围的其他货物或操作人员发生碰撞。不仅如此，负载的摆动极大地降低了吊车的工作效率。因此，针对欠驱动桥式吊车系统，亟待提出一种有效的轨迹规划方法，使得吊车能够沿此轨迹快速地到达目标位置，而且当台车到达目标位置以后无残余摆动。 就目前而言，已有的绝大多数方法都是对桥式吊车的调节控制，而对于桥式吊车的运动轨迹规划方面却寥寥无几。而且，对于已有的调节控制方法无法保证吊车系统的一些约束，主要包括台车的最大速度/加速度、负载摆幅等约束。除此以外，已有的轨迹规划方法多数都无法保证系统的一些重要指标。
技术实现思路
本专利技术要解决现有调节控制和已有轨迹规划方法无法保证吊车系统的重要约束的缺点，提出一种具有约束的欠驱动桥式吊车加速度轨迹控制方法。 与现有技术相比，本专利技术在充分考虑吊车平台可提供的最大加速度、最大速度等约束条件的情况下，提出了一种具有约束的欠驱动桥式吊车加速度轨迹规划方法，满足了系统的一些性能指标。相比已有方法，本专利技术的主要贡献如下:1)对任意的运送过程，均可保证台车最大加速度/速度、负载最大摆角等始终保持在设定范围内，且负载无残余摆动； 2)能够提前预知运送过程所需的时间；3)所规划的轨迹简单实用，非常便于实际应用。 本专利技术所提供的具有约束的欠驱动桥式吊车加速度轨迹控制方法，包括如下步骤: 步骤1、轨迹规划方案 对于传统的桥式吊车，一般采用三段式加速度(匀加速-匀速-匀减速)轨迹进行运输，即附图2所示。然而，加速度的不连续性可能对吊车设备造成一定的损害；而且，在实际应用过程中，严格按照三段式加速度运动轨迹具有一定的挑战性。因此，本专利技术提出了一种光滑的加速度运动轨迹，其表达式如下: rο TT ai^<t <t0r (、2 Λ2(^3-0-) t,<t<t3 T KT J Xv(t)"< -^i 2(t — ^4)-(t —)1 t,<t<t5 (2) ^ Ir J -?maxh 么说6 r( _ , 2 \ Ht1 -t)-^^-) i6<t<t7T VrJ 0其它 其中，a_为实际运送过程中所采用的最大加速度，τ e (0，T4)，& = τ , t2 =τ +ta, t3 = 2 τ +ta, t4 = 2 τ +ta+tc, t5 = 3 τ +ta+tc, t6 = 3 τ +2ta+tc, t7 = 4 τ +2ta+tc,τ，ta, tc分别表示变加速(变减速)、匀加速(匀减速)和匀速时间常数，T为负载在恒定加速度下的振动周期。 步骤2、确定轨迹参数 对于任意运送过程，通过求解吊车系统的运动学方程，分析台车加速度与负载摆动之间的耦合关系，计算出实际最大加速度amax、勻加速&时间和匀速时间t。即可得到一种理想的加速度轨迹满足如下一些核心的性能指标: a)台车在有限的时间内到达目标位置Pd e R，即 Iimx(Z) = /;" (3) >00 其中x(t)为台车的位移。 b)在运送过程中，台车速度及加速度满足 I Λ:(01< Vub, I x(t) |< aub (4) 其中i(/)，对>)分别为台车运送过程中的速度与加速度，vub，aub e R+分别为吊车平台所能达到的最大速度及最大加速度。 c)在运送过程中，负载最大摆角满足 I Θ ⑴ I ( Θ Ub (5) 其中Θ⑴为台车运送过程中负载的摆角，ΘΛ e R+分别为吊车系统所能允许的最大摆角。 d)当台车匀速运行或到达目标位置以后，负载与台车处于同一竖直线上，即负载与台车之间无相对运动 θ{?) = O, Vt > tf φ) 其中~为台车到达目标位置的时间。 步骤3、控制方法的实现 借助传感器实时得到的台车位移信号X (t)及速度信号双/)，实时计算X (t)、Χ(?) 与加速度信号毛(O的连续积分信号?⑴、大(0之间的偏差，使用传统的PD控制器产生相应的驱动电机的控制命令，实现对吊车的控制，完成运输任务。 本专利技术的理论依据分析 1、吊车的运动学模型 O Θ + ω^θ = - — X (I) g 其中，Θ⑴表示负载与竖直方向的摆角，我丨)为角加速度汴表示时间，变量后的⑴表示该参数是时变的，为简明起见，公式中已略去(t); \{t)力台车加速度；ω,, =^gfl充白勺自M步页$ ；1白勺? ;g力力口Mit。 该方程反映了台车与负载摆角之间的动态耦合关系，是接下来轨迹规划的基础。 2、轨迹规划方法 对于现有的桥车吊车轨迹规划方法，一些重要的约束(如负载的最大摆角等)无法得以保证，并且得到的轨迹不具有解析表达式。除此之外，现有的轨迹规划方法无法满足系统的某些性能指标，比如吊车可提供的最大加速度/速度、运动过程中可接受的负载摆巾畐等。 本专利技术提供的新型轨迹控制方法包括: 第1、轨迹规划的总体方案 为了实现吊车加速度的连续变化，本专利技术将开口向上或开口向下抛物线的一部分作为过渡环节，达到加速度连续变化的目的。为此，我们构造出如附图3所示的加速度轨迹，其表达式可由下式表示 O< ? < r,ττ at^<t<t2 2(t3 - o - ^3~ ^ )1--<?<?3 τ { τ j j 切)=-W 2(.— t4) — ^l)]t4<t<t5 (2) 7 Ir J-?maxH 么2(-- ~t)~ m ) I t(<t< I1 τ \T J 0其它 其中，a_为实际运送过程中所采用的最大加速度，τ e (0，T/4)，& = τ , t2 =τ +ta, t3 = 2 τ +ta, t4 = 2 τ +ta+tc, t5 = 3 τ +ta+tc, t6 = 3 τ +2ta+tc, t7 = 4 τ +2ta+tc,τ，ta, tc分别表示变加速(变减速)、匀加速(匀减速)和匀速时本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有约束的欠驱动桥式吊车加速度轨迹控制方法，包括如下步骤：步骤1、轨迹规划方案，采用光滑的加速度运动轨迹，其表达式如下：其中，amax为实际运送过程中所采用的最大加速度，τ∈(0,T4)，t1＝τ，t2＝τ+ta，t3＝2τ+ta，t4＝2τ+ta+tc，t5＝3τ+ta+tc，t6＝3τ+2ta+tc，t7＝4τ+2ta+tc，τ,ta,tc分别表示变加速(变减速)、匀加速(匀减速)和匀速时间常数，T为负载在恒定加速度下的振动周期；步骤2、确定轨迹参数对于任意运送过程，通过求解吊车系统的运动学方程，分析台车加速度与负载摆动之间的耦合关系，计算出实际最大加速度amax、匀加速ta时间和匀速时间tc即可得到一种理想的加速度轨迹满足如下一些核心的性能指标：a)台车在有限的时间内到达目标位置pd∈R，即limt→∞x(t)=pd---(3)]]>其中x(t)为台车的位移；b)在运送过程中，台车速度及加速度满足|x.(t)|≤vub,|x..(t)|≤aub---(4)]]>其中分别为台车运送过程中的速度与加速度，vub,aub∈R+分别为吊车平台所能达到的最大速度及最大加速度；c)在运送过程中，负载最大摆角满足|θ(t)|≤θub  (5)其中θ(t)为台车运送过程中负载的摆角，θub∈R+分别为吊车系统所能允许的最大摆角；d)当台车匀速运行或到达目标位置以后，负载与台车处于同一竖直线上，即负载与台车之间无相对运动θ(t)=0,∀t≥tf---(6)]]>其中tf为台车到达目标位置的时间；步骤3、控制方法的实现借助传感器实时得到的台车位移信号x(t)及速度信号实时计算x(t)、与加速度信号的连续积分信号xv(t)、之间的偏差，使用传统的PD控制器产生相应的驱动电机的控制命令，实现对吊车的控制，完成运输任务。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武宪青，欧县华，何熊熊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33