當只利用旋臂的旋轉運動來消除這個二維擺角時,起重機在目標位置附近的線性化系統則變成不可控制系統。為了解決這個問題,已經有研究者提出了一些方法。一種是可以抑制荷載擺動而無需擺角信息的軌道生成法。但是,這種開環控制方式缺少對于外部干擾的魯棒性,因此很難應用于實際工程中。另一種是利用由傳感器系統測量到的擺角信息實現消擺控制方式。技術人員提出了一種基于神經網絡的控制方式,但是只有仿真結果。其他技術人員提出了一種兩模式切換控制方式:當旋臂到達目標位置附近時,在第一個控制模式中,控制器先減少不可控方向的擺角。在第二個控制模式中控制器再減少可控方向的擺角并且同時控制旋臂的定位。但是,當一個很小的外部干擾增大了不可控方向的擺角時,該方法很難獲得良好的控制性能甚至會造成系統的不穩定。

  因此,本文將提出一種只利用旋臂旋轉運動就可以抑制二維荷載擺角的非線性控制器。由于所設計的控制系統對于如關節間摩擦,荷載質量等參數的變化必需具有魯棒性,因此首先提出一個基于干擾觀測器以及起重機部分線性模型的控制系統。該設計提供了包含產生擺角的離心力項的簡單動力學模型。其次,根據李亞普諾夫穩定性定理提出一個非線性消擺控制器。該設計可以實現旋臂對于任意軌道的跟蹤控制并同時抑制二維擺角。最后,比較數值仿真和實驗結果驗證該方法的有效性。

  本文的目的在于只使用旋臂旋轉運動同時實現起重機旋臂的高精度定位和荷載擺動抑制控制。為此,首先基于干擾觀測器導出了起重機的部分線性模型。干擾觀測器的使用使得該模型對于關節摩擦,荷載質量等參數變化具有魯棒性。然后,提出了一種非線性控制器并基于李雅普諾夫穩定性定理分析了該系統的穩定性。該控制器解決了起重機在目標位置附近的線化系統的不可控問題。

      最后,通過比較仿真以及實驗驗證了該方法的有效性。無論是改變旋轉角的目標值還是改變起伏角,都實現了旋臂的跟蹤特性和擺角的抑制特性。該方法為簡化起重機結構和增加其安全性提供了一種可能。

懸臂起重機