欠驱动系统是指一类驱动器个数少于系统自由度的系统, 它需要通过较少的控制量实现对更多状态量的控制, 控制难度很大, 因而针对此类系统的控制问题成为了近年来研究的一个热点. 桥式吊车是一种典型的非线性欠驱动系统, 由于它具有负载能力强, 操作灵活等优点而被广泛应用到港口、仓库、建筑工地等场所. 对于桥式吊车的控制一方面要求台车快速准确地到达目标位置, 另一方面还要求能够有效地抑负载的摆动. 长期以来, 在工业生产中一般是通过有经验的工人来操纵吊车. 为了提高吊车的工作效率与安全性能, 国内外学者提出了许多关于桥式吊车系统的控制方法. 但是这些控制方法通常都需要假定台车与负载的质量以及吊绳长度都是已知的, 而在实际操作中一般很难准确地得到这些系统参数, 这些不足严重地限制了上述控制方法在实际吊车系统上的应用.耗散性的概念广泛地存在于数学、物理等各个领域. 近年来, 在自动控制领域中, 通过对系统耗散性的研究得到了系统设计与分析的新方法, 实现了许多非线性系统的高性能控制.
应用耗散理论与INTECO三维桥式起重机实验室模型对欠驱动桥式吊车系统进行了分析, 提出了一种自适应控制策略, 该控制器不需要准确知道台车和负载质量以及吊绳长度等系统参数, 而是根据系统状态对这些参数进行在线估计, 并最终实现误差渐近收敛的控制性能, 这种良好的自适应特性将为它的实际应用带来很大的方便. 在此基础上, 为了更好地抑制负载的摆动, 本文充分利用台车与负载摆动之间的耦合, 对上述自适应控制器进行了改进, 有效地改善了系统的暂态性能.
控制目标是设计一种自适应控制器，在有效抑制吊绳摆角的同时, 使台车快速准确地到达指定的位置. 在桥式吊车系统中, 台车的位移可以通过作用力F(t)直接进行控制, 而对于负载摆动的抑制则需要通过其与台车之间的耦合来间接实施.
为了测试控制器对于吊车系统的控制性能在MATLAB SIMULINK环境中, 利用变步长ode45算法进行了仿真实验.并结合INTECO 3DCrane试验台进行了实际验证测试。结果表明自适应控制器在具有参数不确定性的情况下, 仍然能够实现台车的快速准确定位, 并且同时能有效抑制运输过程中负载的摆动, 因此可以提高吊车系统的安全性能与工作效率.
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