一种吊车钢绳消谐防摆控制方法技术

本发明专利技术提供一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，属于桥式吊车防摆技术领域。该吊车钢绳消谐防摆控制方法S1：建立吊车系统的动力学模型；S2：根据吊车动力学模型建立在吊车钢绳受到谐振干扰时的状态空间模型；S3：根据状态空间模型建立用以控制吊车系统中的吊车精确定位和抑制吊车摆动的吊车滑膜控制器；S4：根据吊车滑膜控制器建立用以抑制吊车系统中的钢绳与吊物之间谐振的陷波器。本发明专利技术中的滑膜控制器可以控制吊车系统中的吊车精确定位和抑制吊车摆动，陷波器能够有效地抑制钢绳与吊物之间的谐振现象，减小摆动幅值，同时能够帮助滑膜控制器更加迅速精确地实现小车定位以及减弱吊车钢绳摆动。减弱吊车钢绳摆动。减弱吊车钢绳摆动。

【技术实现步骤摘要】
一种吊车钢绳消谐防摆控制方法


[0001]本专利技术涉及桥式吊车防摆
，具体涉及一种吊车钢绳消谐防摆控制方法。

技术介绍

[0002]伴随着我国经济的飞速发展，许多基础建设类工程日益增多。桥式吊车由于具有结构简单、负载能力强、操作方便、占地面积小和运送效率高等优点，被广泛地应用在港口、火车站、工程、仓库和绝大多数大型工程中，在这些环境中桥式吊车起到了十分重要的物流运输作用。桥式吊车作为一种特种大型机械设备，在各种各样的工业环境使用推广过程中，也对一系列保障其安全、高效、稳定运行的自动化控制技术有相当的需求。例如在港口装卸等货物时，把货物放在集装箱中利用吊车装卸，减少了工人辛苦的工作；吊车把集装箱迅速正确地运送到指定位置，提高了工作效率，增加了单位时间内的收入；吊车平稳地运送集装箱，确保了安全生产。但是由于一些原因使得吊车系统的应用受到了限制，我们需要不断改进吊车系统。在实际作业中，通常需要有丰富操作经验的工人来操作桥式吊车，长时间的高度集中作业，容易使操作工人产生疲劳与疏忽，很可能引发安全事故；由于重物质量的变化，或者小车运输过程中的加速、匀速、减速运动中，重物由于惯性作用产生很大的摆动；钢绳伸长收缩的变化，轨道的摩擦与磨损；大风等外界干扰都会增加桥式吊车控制的难度。由于桥式吊车系统的欠驱动性、强耦合性、非线性等特征，使得吊车控制的难度增加，进而使吊车不能快速准确的停靠在指定位置，降低了工作效率或者使重物在吊装运输过程中，产生剧烈摆动，与周边货物发生碰撞或者砸伤地面工作人员造成重特大安全事故。所述需要一种可以实现桥式吊车系统的稳定防摆控制、快速准确定位控制的控制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种吊车钢绳消谐防摆控制方法。
[0004]本专利技术提出一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，包括如下步骤：S1：建立吊车系统的动力学模型；S2：根据吊车动力学模型建立在吊车钢绳受到谐振干扰时的状态空间模型；S3：根据状态空间模型建立用以控制吊车系统中的吊车精确定位和抑制吊车摆动的吊车滑膜控制器；S4：根据吊车滑膜控制器建立用以抑制吊车系统中的钢绳与吊物之间谐振的陷波器。
[0005]进一步地，步骤S1中根据拉格朗日方程建立吊车系统的二维桥式吊车动力学模型，所述吊车动力学模型为 ，其中为台车质量，为吊物质量， 为台车位移，为台车的加速度，为吊车钢绳摆角角度，
为吊车钢绳摆角的角速度，为吊车钢绳摆角角度的加速度即角加速度，为台车受到的摩擦力，为台车受到的牵引力，为吊物与台车之间的钢绳绳长，为重力加速度。
[0006]进一步地，钢绳与吊物之间谐振角频率为20rad/s，所述吊物的振荡在钢绳的摆角趋近于零时趋近于零，所述吊车钢绳受到的谐振干扰为。
[0007]进一步地，步骤S2中具体包括：所述状态空间模型为，其中为吊车系统的状态空间变量，为台车的速度，为吊车钢绳的控制输入，，，，。
[0008]进一步地，步骤S3中具体包括：在状态空间模型的基础下上设计吊车系统的滑动平面为：，其中、、、为常数，采用等效控制法，控制量为：，其中为等效控制，为切换控制，在系统达到切换平面后有，最后得到吊车系统滑膜控制器为，其中、均为常数，。
[0009]进一步地，步骤S4中的陷波器为，其中为频率中心点处的陷波深度，单位为dB，为幅值下降3dB的频率宽度，单位为Hz，为陷波中心点角频率，单位为rad/s，通过对H（s）进行双线性变换法离散化之后得到
，其中，，，，。
[0010]进一步地，步骤S4中还包括通过BP神经网络对陷波器进行优化，通过BP神经网络获取陷波器参数、、、、以对陷波器参数、、、、进行整定，陷波器参数、、、、即为BP神经网络输出层的输出。
[0011]进一步地，所述滑膜控制器的输出为，所述陷波器的输出为，所述滑膜控制器的输出为陷波器的输入，所述陷波器的输出为吊车系统的输入，得到，吊车系统的性能指标函数为，其中为吊物摆角误差，为台车位移误差，、分别为摆角误差、位移误差在指标函数中的权值，将吊车动力学模型中的，进行变换得到指标函数为以将台车位移误差和吊物摆角误差合为一个误差。
[0012]进一步地，在本系统中输入信号为目标位置P
r
，经过吊车系统调节后得到实际输出为P
m
，误差为e=P
r-P
m
，所述BP神经网络的输入层输入单元数M=3，输入层输入为：，所述BP神经网络的隐含层的节点数Q=8，所述BP神经网络还包括用以解决BP神经网络中的非线性问题的激活函数。
[0013]进一步地，所述激活函数为，其中k1、k2均在(0,1)内取值，所述BP神经网络的隐含层输出为，其中为隐含层权值系数，输出层输出为，其中 =1,2,3,4,5，为输出层权值系数，b为偏移量，b=1，隐含层权值系数学习算法为
。
[0014]本专利技术的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法有以下有益效果：1、滑膜控制器可以控制吊车系统中的吊车精确定位和抑制吊车摆动，陷波器能够有效地抑制钢绳与吊物之间的谐振现象，减小摆动幅值，同时能够帮助滑膜控制器更加迅速精确地实现台车定位以及减弱吊车钢绳摆动；2、BP神经网络对陷波器的参数进行整定，对陷波器进一步地优化，可以有效地提高陷波器的性能，提高陷波器抑制钢绳与吊物之间的谐振现象的能力，提高吊车系统的控制精度及抗干扰性能。
附图说明
[0015]并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法中的吊车系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法中的引入BP神经网络自整定参数整体结构图；图4为本本专利技术实施例的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法中的状态空间模型中的一个超曲面的结构示意图。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0018]请参阅图1。本专利技术实施例的吊车钢绳消谐防摆控制方法，包括如下步骤：S1：建立吊车系统的动力学模型；S2：根据吊车动力学模型建立在吊车钢绳受到谐振干扰时的状态空间模型；S3：根据状态空间模型建立用以控制吊车系统中的吊车精确定位和抑制吊车摆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立吊车系统的动力学模型；S2：根据吊车动力学模型建立在吊车钢绳受到谐振干扰时的状态空间模型；S3：根据状态空间模型建立用以控制吊车系统中的吊车精确定位和抑制吊车摆动的吊车滑膜控制器；S4：根据吊车滑膜控制器建立用以抑制吊车系统中的钢绳与吊物之间谐振的陷波器。2.如权利要求1所述的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，其特征在于：步骤S1中根据拉格朗日方程建立吊车系统的二维桥式吊车动力学模型，所述吊车动力学模型为，其中为台车质量，为吊物质量， 为台车位移，为台车的加速度，为吊车钢绳摆角角度，为吊车钢绳摆角的角速度， 为吊车钢绳摆角角度的加速度即角加速度，为台车受到的摩擦力，为台车受到的牵引力，为吊物与台车之间的钢绳绳长，为重力加速度。3.如权利要求2所述的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，其特征在于：钢绳与吊物之间谐振角频率为20rad/s，所述吊物的振荡在钢绳的摆角趋近于零时趋近于零，所述吊车钢绳受到的谐振干扰为。4.如权利要求2或3所述的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：所述状态空间模型为，其中为吊车系统的状态空间变量，其中，为台车的速度，为吊车钢绳的控制输入，，，，。5.如权利要求4所述的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，其特征在于，步骤S3中具体包括：在状态空间模型的基础下上设计吊车系统的滑动平面为：，其中、、、为常数，采用等效控制法，控制量为：，其中为等效控制，为切换控制，在系统达到切换平面后有，最后得到吊车系统滑膜控制器为，其
中、均为常数，。6.如权利要求5所述的一种吊车钢绳消谐防摆控制方法，其特征在于：步骤S4中的陷波器为，其中为频率中心点处的陷波深度，单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘惠康，周舟，柴琳，刘冬田，鲁强光，付筱筱，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：