四自由度的欠驅(qū)動橋式起重機非線性防擺控制.pdf

1、橋式起重機在運行的過程中，由于慣性會引起被吊物的擺動，使其難以精確定位，降低了工作效率，且影響橋式起重機的使用壽命。當大、小車同時運行時，橋式起重機和吊重將在三維空間內(nèi)運動，具有大、小車的位移和吊重在大、小車運行方向的擺角四個自由度。本文建立了大、小車同時運行時的四自由度橋式起重機動力學模型，直接運用基于滑?？刂频姆蔷€性控制理論來研究吊重的擺動控制。課題研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)從橋式起重機的實際結(jié)構出發(fā)，應用第二類拉格朗日

2、方程和虛位移原理建立了大、小車同時運行時的橋式起重機非線性動力學模型，該模型中包含大、小車車輪的轉(zhuǎn)動慣量，將車輪受到的摩擦力視為滾動摩擦力。同時給出了不考慮橋架橫移時，橋架兩側(cè)電機驅(qū)動力的防偏分配律。
　　(2)針對橋式起重機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，設計分層滑?？刂破魇瓜到y(tǒng)狀態(tài)跟蹤選定的目標軌跡，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性應用Lyapunov理論和Barbalat引理進行了證明。在Simulink中利用二

3、級M碼S函數(shù)建立了系統(tǒng)的仿真模型，其中橋式起重機的仿真模型以QD50×22.5雙梁橋式起重機的實際參數(shù)來建立。仿真結(jié)果表明，大、小車可以快速準確地到達目標位置，且將吊重擺角限制在很小的范圍內(nèi)，同時驗證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當?shù)踔刭|(zhì)量、小車質(zhì)量、吊繩長度、初始擺角發(fā)生變化時，所設計的分層滑?？刂破骶哂辛己玫聂敯粜浴Ｈ欢?，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，設計了一種動態(tài)變結(jié)構防擺控制律，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)定性在理論上進行了證明且得到了仿真驗證。與分層滑?？刂破飨啾龋床絼討B(tài)分層滑?？刂破饔邢嗤目刂菩Ч瑫r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，進一步提高系統(tǒng)的魯棒性。
　　(4)設計了驗證橋式起重機防擺控制算法的實驗方案，在橋式起重